电子节气门数学建模与位置跟踪控制

摘要

汽车行业的飞速发展给人们带来了能源消耗和环境污染等问题，为改善汽车带来的负面影响，各国制定了一系列法案，并加大了对汽车技术的资金投入。发动机系统是汽车的动力来源部分，提高发动机技术对提升汽车动力性能和降低排放都有着重要意义，也是目前汽车技术领域的研究热点。电子节气门作为汽车发动机系统中的关键部分，主要用来控制发动机气缸的进气量，电子节气门控制策略则是根据汽车的工况改变发动机气缸进气量以提供最佳的空气燃料比。设计稳定有效的节气门控制策略，对于汽车的燃油经济性、驾驶性能和解决尾气排放问题都有着重大的意义。本文针对电子节气门控制中的非线性问题，本文首先进行了电子节气门系统的建模，分析了PID控制所存在的不足，最后设计了模糊PID控制器和自适应PID控制器。本文的研究内容与成果如下：　　①分析了电子节气门结构以及工作原理，探讨了电子节气门系统中存在的非线性问题，并利用电机学和动力学知识建立了电子节气门控制系统的数学模型。　　②针对电子节气门系统的开度控制问题，首先介绍了经典PID控制理论，并分析了PID控制器在应对电子节气门系统中的非线性因素时存在的控制性能问题。为改善PID控制器在电子节气门控制中的缺点，首先设计了模糊PID控制器，考虑到模糊PID控制中模糊规则建立困难的问题，设计了带有前馈环节的自适应PID控制器并进行了Matlab仿真验证。　　③使用LabWindows/CVI搭建了电子节气门控制性能测试平台来完成实验验证。通过此平台完成了PID控制和模糊PID控制两种控制器的对比实验，包括电子节气门开度的阶跃响应实验和正弦跟踪实验。实验结果表明，模糊PID控制器在响应时间和系统超调量等方面都要优于经典PID控制器。

目录

1 绪论

1.1 课题背景及研究意义

1.2 国内外现状

1.2.1 电子节气门发展现状

1.2.2 电子节气门控制策略

1.3 电子节气门中的非线性问题

1.4 电子节气门的发展趋势

1.5 本文主要研究内容

2 电子节气门结构分析及数学建模

2.1 电子节气门工作原理

2.2 直流电机

2.3 复位弹簧

2.4 减速齿轮

2.5 节气门阀片

2.6 节气门位置传感器

2.7 节气门控制系统数学模型

2.8 本章小结

3 电子节气门控制器设计

3.1 经典 PID 控制

3.2.1模糊控制理论

3.2.2模糊PID控制器设计

3.2.3控制仿真分析

3.3 自适应控制

3.3.1 自适应控制器设计

3.3.2 稳定性分析

3.3.3 仿真分析

3.4 本章小结

4 控制实验平台搭建

4.1 硬件部分

4.2 验证平台软件设计

4.2.1 功能模块设计

4.2.2 软件界面

4.3 本章小结

5 实验结果分析

5.1阶跃响应实验

5.2 正弦跟踪实验

5.3 实验总结

5.4 本章小结

6 总结与展望

参考文献

附录

A. 作者在攻读学位期间取得的科研成果目录:

B. 学位论文数据集

致谢