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- 关 键 词：
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发动机
pid
控制
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研究
钻研
论文
- 资源描述：
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发动机怠速PID控制研究【论文】,发动机,pid,控制,节制,研究,钻研,论文
- 内容简介：
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发动机怠速PID控制研究,论文概要,1怠速控制简介及本课题研究的内容2重点难点3建模及理论依据4程序5结论,怠速控制简介及本课题研究的内容,发动机的怠速工况是指发动机在对外基本上无功率输出的情况下，以最低转速进行稳定运转。在这样的工况下常考虑的两个控制指标：稳定的最低转速所体现的经济性；CO和HC的排放量所代表的排放性。因此怠速控制的目标应为在尽可能低的CO和HC排放下，保持怠速工况在较低的转速下运转平稳。,目前国内外的研究状况,近年来国外研究汽车发动机怠速研究的重点，已在各种基于参数模型控制的基础上向无需精确模型，对环境和被控对象参数变化不敏感的自适应控制，滑模控制，最优控制，内模控制，模糊控制，鲁棒控制和神经网络控制。目前国内对模糊控制，变参数PID控制，前溃控制，预测控制，BP网路控制，模糊BP网络控制等研究的比较多。,存在的问题简述,模糊控制的控制规则缺乏自适应性，模糊BP网络控制虽具有自学习和自适应能力，但是BP网络采用误差方向传播学习算法，速度慢，不适应汽车发动机实时控制，缺乏前景。PID控制在对象和环境变化较大时，对P，I，D三个参数的整定比较困难。,怠速模型的建立,怠速是一个非线性模型，原则上应该采用非线性模型。但是本课题还不具备独自建立非线性模型的条件，故采用康明斯汽车发动机怠速模型，该模型是传递函数模型，模型物理概念清楚，对控制方法和参数的确定比较方便。,康明斯汽车发动机怠速模型图,论文研究的重点和难点,模型的建立和仿真PID控制器参数的整定怠速稳定性分析,基于Simulink的怠速仿真模型,模型的建立是在康明斯怠速传递函数模型基础上利用Simulink软件进行的仿真模型,PID控制器的参数整定,PID控制的参数整定主要有两种：一类是基于自动化控制原理的理论计算，该方法需要一定的控制理论基础，计算较复杂，实际应用少；另一类是工程整定的方法，依据系统的阶跃响应及PID参数在系统中的作用按一定的经验进行，由于方法简单在实际中应用较多。,PID参数的整定过程,本课题采用得是利用Matlab中的simulink，编程进行得。整定过程简单方便，且易于控制。对参数得控制比较精确。,未加PID控制器时阶跃响应图,添加控制器之后的阶跃响应图,PID的最后取值,Bode图比较,怠速稳定性分析,目标转速的确定空燃比的确定调整方法,怠速目标转速的确定,发动机怠速目标转速的确定依赖于冷却液的温度，其值可由发动机试验测的，并以表格形式保存于发动机的ECU和RAM中。发动机运转时ECU依据检测到的水温等参数查出对应的状态目标转速，并与发动机运行的实际转速进行比较，利用实际转速做反馈，对怠速进行闭环控制,依据转速偏差的变化方向确定电机的转动步数。由于步进电机带动旁通气通道中的空气调节阀旋转，从而可以实现调节阀门的流通面积，使气缸内的混合气量发生相应的变化。增加混合气量，转速上升；减小混合气量转速下降。经过反复调节，最终发动机怠速转速稳定在目标转速附近。,空燃比的影响,怠速过程中，进气,供油,点火,燃烧以及负荷变化等因素,都会使发动机的平均转速发生波动，影响发动机怠速的稳定性，引起波动的主要原因是怠速混合气空燃比值的漂移，因此,对发动机怠速转速稳定性的控制，实质上主要是对怠速阶段混合气空燃比的控制。进行空燃比控制时，控制器依据检测出的进气歧管的空气流量和发动机转速及设定的空燃比值，由ECU计算出每循环的供油量，再依据喷油器的流量特性，计算出施加在喷油器上的控制脉宽，从而控制怠速空燃比保持在理论空燃比附近。对空燃比的控制依赖于精确计算每一循环进入气缸的空气量。由于进气管内气体的动态效应，造成预期进气量与实际进气量存在误差，同时由于壁面油膜效应，造成喷油量与实际进入气缸的燃油量不完全相等，最终使预期空燃比存在误差，使怠速运转发生明显波动。因此整体考虑进气及油膜效应的影响，是怠速控制的重要环节 。,调整方法,通常在PID控制中，根据过程模型，预先对控制器参数进行离线整定。对于发动机怠速过程，由于其特有的非线性，时变性，PID控制中的参数完全采用预定值难以达到理想的控制效果，为了保证不同工况下的发动机动态特性，PID控制器的三个参数设为动态在线可调的控制策略是一种较好的控制模式。最简单的一种实现动态调整的方式是将不同工况状态下的控制参数值以表格的形式存储在计算机中，在进行怠速控制时，通过转速反馈，查取相应的控制参数，将PID控制器的输出，经过必要的修正，转换为驱动步进电机的控制信号，使步进电机进行动作，控制怠速旁路的进气量实现对空燃比的实时调整,发动机怠速空燃比控制框图,仿真结果分析,在仿真的时候忽略了内部扰动（元器件，燃油品质，传感器，喷油量及点火提前脚等的变化以及气压，气温等环境变化的条件，仅考虑外部扭矩的干扰。）在t=1秒时，施加典型阶跃扰动扭矩Tqd=15N.M,为勒保证惯性和扭矩变化下系统稳定，并获得最快的闭环响应和较小的衰减，需通过多此的仿真对比。最终还是达到可预期的控制要求，使其稳态误差控制在5以内，动态误差在10以内，且达到了良好的频率特性。,程序,由于Sinmlink集成了功能强大的各种数学计算和仿真模块，从省去了大量的编程过程。本程序主要采用了Simulink中的Simulink Response Optimization模块和一些常用控件模块。,理论基础,PID控制原理 PID控制器是工业过程控制中应用最广泛的一种控制规律，PID控制表示比例（Proportion），积分（Integral），微分（Differential）工作原理是：由于来自外界的各种扰动不断产生，要想达到现场控制对象保持恒定的目的，控制作用就必须不断产生，要想达到出现使得现场控制对象值，即被调参数发生变化，现场检测元件就会将这种变化记录并传送给PID控制器，改变过程变化量，经变送器送至PID控制器的输入端，并与其给定值 简SP值进行比较得到偏差值 简称e值，调节器按此偏差并以预先设定的整定参数控制规律发出控制信号，去改变调节器的开度，使调节器的开度增加或减少，从而使被调参数发生改变，并趋向于给定 SP值，以达到控制目的 。,结论,通过上述研究表明发动机怠速PID控制技术具有结
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