（通信与信息系统专业论文）小型风冷发电机组电控燃油喷射系统的研究.pdf

摘要 我国小型汽油机行业发展十分迅速，已成为全球市场的生产基地。然而近 年来该行业受到日益严格的排放法规的限制，如美国加州大气资源局( c a r b ) 制定的非道路用小型发动机排放法规和美国联邦环保局( e p a ) 制定的非道路用 小型汽油机排放法规。目前我国所生产的小型汽油机采用的都是化油器式燃油 供给混合系统，无法满足这些日益严格的排放法规要求。 本文将电控燃油喷射技术运用n 4 , 型汽油机，通过建立适用于小型汽油机 的电控燃油喷射系统，采用仿真和试验相结合的方法，来研究电控燃油喷射系 统和汽油机的各种性能参数变化规律，为电控燃油喷射式小型汽油机的产品化 积累基础数据。 本论文的主要内容如下： ( 1 )以小型风冷汽油发电机组为实验对象，建立适用于小型汽油机的电 子燃油喷射系统；设计研制电控燃油喷射系统的控制单元e c u 硬件电路。 ( 2 )根据小型风冷发电机组性能特点及电控燃油喷射系统的特点，对带 p i d 空然比控制的控制策略进行研究。 ( 3 )运用a m e s i m 软件对小型电控燃油喷射式汽油机进行建模、仿真， 确定p i d 控制参数的选取。 ( 4 )通过研究喷油器的喷射特性，选择出适合小型风冷发电机组的喷油 器；并根据实验样机的结构特点，研制了带有喷油器的进气道。 ( 5 )对电子燃油喷射式小型风冷发电组进行了实验测试，对主要性能参 数进行了分析研究。试验表明本文设计的电控燃油喷射系统的硬件及软件、选 用的p i d 控制参数，可以使发动机各种工况运转正常，目标参数能在给定的范 围工作。 关键字：汽油发电机组；电控喷射；单片机；喷射特性；a m e s i m 仿真 a b s t r a c t w i t ht h ef a s td e v e l o p m e n to ft h es m a l lg a s o l i n ee n g i n ei no u rc o u n t r y , o u r c o u n t r yh a sb e c o m eo n eo ft h es m a l lg a s o l i n ee n g i n eb a s e s b u ti tw a sl i m i t e db yt h e i n c r e a s i n g l ys t r i n g e n te m i s s i o nr e g u l a t i o n ，s u c ha sc a r ba n de p a n o wt h es m a l l g a s o l i n ee n g i n e st h a to u rc o u n t r ym a n u f a c t u r e da r ea l lc a r b u r e t o rg a s o l i n ee n g i n e s t h a tc a n tm e e ti n c r e a s i n g l ys t r i n g e n te m i s s i o nr e g u l a t i o n t h ee l e c t r i c a lc o n t r o lf u e li n j e c t i o ns y s t e mh a sw i d e l yu s e do nt h em o t o r c y c l e e n g i n ea n dc a re n g i n e ，s ot h i sp a p e ru s e dt h ee l e c t r i c a lc o n t r o lf u e li n j e c t i o ns y s t e m o nt h es m a l lg a s o l i n ee n g i n e t h i sp a p e ri n t r o d u c e dt h ee l e c t r i c a lc o n t r o lf u e l i n j e c t i o ns y s t e ms u i t e dt ot h es m a l lg a s o l i n ee n g i n e ，s t u d i e dt h er e g u l a t i o no ft h e p a r a m e t e r so ft h ee l e c t r i c a lc o n t r o lf u e li n j e c t i o ns y s t e ma n dt h ee n g i n e ，c u m u l a t e d t h ed a t ao ft h es m a l lg a s o l i n ee n g i n eu s e dt h ee l e c t r i c a lc o n t r o lf u e li n j e c t i o ns y s t e m ， a n dp r e p a r e df o rt h ea p p l i c a t i o no ft h es m a l lg a s o l i n ee n g i n eu s e dt h ee l e c t r i c a l c o n t r o lf u e li n j e c t i o ns y s t e m t h ep a p e ri n c l u d e dt h ef o l l o w i n gc o n t e n t s ： ( 1 ) t h ep a p e ru s e dt h es m a l la i r - c o o l e dg a s o l i n eg e n e r a t o rs e t st ot e s t ，a n d d e s i g n e dt h ee l e c t r i c a lc o n t r o lf u e li n j e c t i o ns y s t e m ( 2 ) a c c o r d i n gt ot h ep r i n c i p l e so ft h es m a l la i r - c o o l e dg a s o l i n eg e n e r a t o r s e t s ，t h i sp a p e ru s e dt h ea i r f u e lr a t i oc o n t r o ls t r a t e g yb yt h ep i d ( 3 ) s i m u l a t e dt h ee l e c t r i c a lc o n t r o lf u e li n j e c t i o ns y s t e mw i t ht h ea m e s i m a n do b t a i n e dt h ec o n t r o lp a r a m e t e r so ft h ep i d ( 4 ) s e tu pt h em e a s u r es y s t e mo fe l e c t r i c a lc o n t r o lf u e li n j e c t i o ns y s t e m ， m e a s u r e dt h ef u e li n j e c t i o nc h a r a c t e r i s t i c so fi n j e c t o r s ，a n dc h o s et h ei n j e c t o rt os u i t t h es m a l la i r - c o o l e dg a s o l i n eg e n e r a t o rs e t s ( 5 ) t e s t e dt h es m a l la i r - c o o l e dg a s o l i n eg e n e r a t o rs e t su s e dt h ee l e c t r i c a l c o n t r o lf u e li n j e c t i o ns y s t e ma n da n a l y z e dt h et e s tr e s u l t s k e y w o r d ：s m a l lg a s o l i n eg e n e r a t o rs e t s ，e l e c t r i c a lc o n t r o lf u e li n j e c t i o n ， m i c r o c o n t r o l l e r , i n j e c t i o nc h a r a c t e r i s t i c s ，a m e s i m i i 论文独创性声明 本论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。论文中 除了特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或机构已经发表或撰写过的 研究成果。其他同志对本研究的启发和所做的贡献均已在论文中做了明确的声 明并表示了谢意。 作者签名：罄肇日期：彻尸，加 论文使用授权声明 本人完全了解上海师范大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有 权保留送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅；学校可以公布论文的全部 或部分内容，可以采用影印、缩印或其它手段保存论文。保密的论文在解密后 遵守此规定。 硝伊名嘉中 2 。 5 5 上海师范大学硕士学位论文 第一章引言 第一章引言 1 1 概述 通用小型汽油机( 以下简称通机) 指功率不超过1 9 k w ，适于多种用途的往 复式汽油机，区别于用于汽车、摩托车或船用的汽油机。通机具有体积小、重量 轻、结构简单，使用维修方便、压铸件多，适宜大批量生产以及价格低等特点。 它广泛用于农林植保机械、园林机械、小型农业机械、发电机组、建筑机械、 抢险救灾机具以及医疗卫生、娱乐、国防等国民经济的各个领域。小型汽油机 是一种可移动通用型动力源，现阶段其他动力无法代替。 我国通机生产起始于1 9 5 8 年，至上世纪9 0 年代后期通机的年生产量稳定 在3 0 - 5 0 万台的水平。进入2 l 世纪后在海外市场的拉动下，我国通机生产迅速 崛起，2 0 0 2 - 2 0 0 6 年我国通机年产量增长了2 0 倍，2 0 0 7 年达到1 2 0 0 万台的水 平n - 圳。图卜l 为整个行业快速增长态势。 ，、 4 k 、， 蚓 l 图1 - 1中国通用汽油机行业快速增长态势 1 1 1 严格的排放对通机产业的影响 通机产量巨大，广泛分布于城市、乡村、密林甚至荒原。由于通机的大量 使用，必定要担负重要的减少尾气排放的社会责任。欧美发达国家9 0 年代的研 究显示：随着道路车辆排放控制的成效日益显著，非道路污染源已经变为重要 污染源。美国环保署( e p a ) 公布，2 0 0 0 年道路车辆与非道路动力机械总排放 第一章引言上海师范大学硕士学位论文 量中约3 7 的c o 、5 0 的h c 、4 1 的n o x 和6 6 的颗粒物来自非道路发动机，其 中小型通用汽油机占一半左右3 4 1 。无论是内销还是出口，推动国产通机在节 能和排放方面开展工作的动力主要来自强制性标准。 我国通机出口欧美必须满足相应的排放标准，当前需要应对的是欧美第二 阶段排放法规，出口到美国加州地区的通机还要应对2 0 0 8 年加州大气资源局 ( c a r b ) 排放标准，通机行业下一步的排放技术开发工作重点是满足2 0 1 0 年美 国e p a 第三阶段排放法规。表卜l 、表卜2 及表卜3 为e p a 各种类型非道路用 小型汽油机第1 i 阶段的废气排放法规限值佑，吼7 巩钉，表卜4 是加州2 0 0 5 年及以后 对小型非道路汽油机排放限值畸，6 7 1 。为便于比较，本文也列出了e p a 第1 阶段 非道路用小型汽油机排放限制( 表1 - 5 ) 和加州第1 阶段非道路用小型汽油机 排放限制陋，9 1 0 3( 表1 - 6 ) ，其中e p a 第1 阶段标准是从1 9 9 7 年开始生效，加 州第1 阶段标准从1 9 9 5 年开始生效。 表1 - 1e p a 第1 i 阶段非道路用小型汽油机废气排放标准限值 类别排量( m l )t i c + n o , ( g k y h )c o ( g k w h )生效日期 i1 0 0 ， 2 2 51 6 1 6 1 0 2 0 0 7 - 0 8 01 i _ a 6 65 06 1 02 0 0 1 型年 l b6 6 ， 1 0 04 0 6 1 0 2 0 0 1 型年 表1 - 2e p a 第阶段非道路用小型汽油机排放标准限值 排放限值型号年 类另i j排量( m l ) ( g k w h ) 2 0 0 1 2 0 0 22 0 0 32 0 0 42 0 0 5 年以后 h c + n o x 1 8 01 6 61 5 01 3 61 2 1 i i2 2 5 c o6 1 06 1 06 1 06 1 06 1 0 表卜3e p a 第1 i 阶段手持式小型汽油机废气排放法规限值 类 排量( m l ) 排放要求型号年 别( g k w 。h )2 0 0 2 2 0 0 3 2 0 0 42 0 0 52 0 0 62 0 0 7 年以后 h c + n o ，2 3 81 7 51 1 35 05 05 0 i i i 2 0 c o 8 0 5 8 0 5 8 0 58 0 58 0 58 0 5 h c + n o 。1 9 61 4 89 95 05 05 0 i v2 0 。 5 0 c o8 0 58 0 58 0 5 8 0 58 0 5 8 0 5 h c + n 0 ， 1 4 31 1 99 67 2 v5 0 c o6 0 36 0 36 0 36 0 3 2 上海师范大学硕士学位论文第一章引言 表1 - 4c a r b2 0 0 5 年及以后非道路小型汽油机废气排放限值 h c + n 0 ，c op m 型号年排量( m l )耐久时间( h ) ( g k w h )( g k w h )( g k w h ) 2 0 0 5 及 8 0 ， 8 0 ， 8 0 ， 8 0 ， 8 0 ， 2 2 51 2 5 2 5 0 5 0 01 0 o5 4 9 以后2 2 5 1 2 5 2 5 0 5 0 0 1 0 0 08 o5 4 9 表1 - 5e p a 第1 阶段非道路用小型汽油机废气排放限值 h c + n o , h c n o , c o 型年 类别排量( m l ) ( g k w h )( g k w h )( g k w h )( g k w h ) i 2 2 51 6 。l6 1 0 i i2 2 51 3 46 1 0 1 9 9 6 年i 趔1 5 出 衄 1 o 5 o ol o2 03 04 05 06 07 08 09 01 0 0 节气门开度( ) 图2 7 节气门开度和电压值关系 2 ) 转速传感器 本系统采用霍尔式的转速传感器，该传感器工作稳定，寿命长，接口电路简 单。它由霍尔元件及磁钢组成，磁钢固定在发动机曲轴输出端的法兰上。霍尔元 件感应磁钢的信号，当磁钢靠近传感器时，信号输出端接地；当磁钢远离传感器 1 3 第二章电控燃油喷射系统的总体方案及硬件设计上海师范大学硕上学位论文 时，信号输出端开路瞳6 2 7 1 。由于传感器内部集成了有施密特电路，其输出为方波， 无需进行整形。由于信号到来时，输出电平由高电平转换为低电平，在传感器输 出端与单片机外部中断输入端p d 2 间接个反向器7 4 l s 0 4 ，如图2 8 。系统通过单位 时间内测量这个方波信号就能准确得测出发动机的转速，本论文还将该信号作为 喷油器喷射的起始时刻信号。 s v 图2 8 霍尔传感器接口电路 3 ) 氧传感器 本文采用氧化锆型氧传感器哺瑚弧3 n 来传感混合气过量空气系数入的反馈控 制信号，氧传感器输出特性见图2 - 9 。当过量空气系数入= l 时，氧传感器输出的 电压为0 4 5 v 。当混合气较浓时，氧传感器输出约为0 9 v 的高电平；混合气较稀 时，氧传感器只能输出大约o 1 v 电压。本文e c u 检测的氧传感器输出电压如果大 于0 4 5 v ，则判定混合气体较浓，并在下个工作循环中减少相应喷油量；如果小 于0 4 5 v ，则判定为过稀，在下个工作循环中增加相应喷油量。在调节过程中增 加了p i d 调解，使过量空气系数入更迅速地稳定在l 附近。 1 4 上海师范大学硕士学位论文第二章电控燃油喷射系统的总体方案及硬件设计 壹 1 v 丰 传 感 器 输 出0 5 v 电 压 0 v 0 0 5 1 1 5 过量空气系数 图2 9 氧化锆型氧传感器输出特性 4 ) 温度传感器 本系统采用一个负温度系数的热敏电阻作为温度传感器来检测发动机机油 温度乜2 删。热敏电阻的特性是：油温越低，电阻越大；油温越高，电阻越小。 温度传感器工作电路如图2 1 0 ，其中r 2 为热敏电阻，r 1 为分压电阻。热敏电 阻上的电压信号作为传感信号，通过e c u 控制单元m c u 的a d 转换处理。当温 度上升时，热敏电阻的电压降低，输出电压也随着降低。 5 v 图2 - 1 0 温度传感器工作电路 2 3 3 喷油器驱动电路 喷油器是电子燃油喷射系统中非常重要的部件，它将燃油泵提供的压力油 定时定量地喷入进气管中，与进气形成符合发动机运行工况要求的合适浓度的 可燃混合气疆列。喷油器驱动电路见图2 1 1 ，其驱动电压为直流1 2 v ，二极管起 限流保护作用。当m c u 给出低电平控制信号时，晶体管q l 、q 2 不导通，喷油器 不工作；当m c u 给出高电平控制信号时，晶体管q 1 、q 2 导通，喷油器线圈闭路， 喷油器开始工作。发动机每个工作循环对应于喷油器开启一次。 1 5 第二章电控燃油喷射系统的总体方案及硬件设计上海师范大学硕士学位论文 1 2 v 图2 - l l 喷油器驱动电路 通过m c u 输出脉宽信号来控制喷油器工作状态。脉宽频率与发动机转速一 致。脉宽信号占空比用来控制喷油器喷油量，占空比越大，喷油量也越大。 2 4 本章小结 本章根据小型风冷发电机组特点、喷射方式和喷射的控制策略，选取了电 控燃油喷射系统的类型，提出了小型风冷发电机组电控燃油喷射系统的总体方 案，设计了电控燃油喷射系统的硬件电路，选取了适用于小型风冷发电机组的 c p t i 。 1 6 上脚师范 学硕七学位论立 第= 章牲制策略研究软件设计 第三章控制策略研究及软件设计 3 1 控制策略的研究 小型发电机组用汽油机的电控燃油喷射系统的控制策略是根据小型发电机 组实际t 作状态和输出参数的要求来设计的。要保证发电机组输出电频率5 0 h z ， 就必须使汽油机在各个工况下转速稳定在3 0 0 0 r m i n 。形成的混台气数量、质 量将影响发动机转速，另外，混合气质量直接影响发动机排放，要控制好排放 性能就必须要控制好混合气的空燃比，要保证过量空气系数 - 1 左右。所以控 制策略就必须要控制好空气量和汽油的喷射量：既要在不同负荷下，增加或减 少这两个值，而且还要控制这两者之间的比例关系。 化油器式小型汽油机是通过一套机械调速系统来控制混合气数量。图3 1 为机械调速的结构图，它通过节气门与凸轮轴上飞块之间的一套机械联动装置 来进行调速：当转速升高时，凸轮轴上的飞块向外张开，通过机械联动装置减 小节气门开度，从而减小混合气的数量，使转速降低；转速降低，与之相反。 图3 - 1 机械调速的结构图 本文仍采用该机械调速系统柬进行调速，把双参数( 速度和空燃比) 的控 制简化为单参数( 空然比) 的控制，这样可简化控制策略。 本文设计的电控燃油喷射系统控制策略：检测并处理来自发动机的转速传 感器、节气门开度传感器、氧传感器等的信号，针对不同的节气门开度和发动 机转速判断发动机工况；在某个工况下，利用氧传感器信号检测过量空气系数 值，通过控制喷油量来达到对过量空气系数的控制，并加入p i d 调节器对过量 空气系数进行闭环控制，将其控制在理论x = l 附近。 第三章控制策略研究驶软件设计 上海师范大学硬学位论文 3 2 软件部分 3 2 _ 1 软件开发平台 本系统软件开发平台是a t m e l 公司的a v rs t u d i o 配合c 高级语言的软件开发 平台- - c o d e v i s i o n a v r 所构成的开发软件环境。c o d e v i s i o na v r 是h pi n f ot e c h 专门为a v r 设计的一款低成本的c 语言编译器，它产生的代码非常严密，效率很高。 它不仅包括了a v r c 编译器，同时也是一个集成i d e 的a v r 开发平台，简称c v a v r m ”川。图3 2 为c v a v r 的界面。 c v a v r 支持所有片内含有r a m 的a v r 芯片，具备以下特点： i ) 支持b i t 、c h a r 、s h o r t 、i n t 、l o n g 、f l o a t 以及指针等多种数据类型， 充分利用存储器。 2 ) 内建针对a v r 优化的多种选项。 3 ) 支持内嵌汇编。 4 ) 扩展的一些标准的外部器件支持和接口函数，如：标准字符l c d 显示器、 1 2 c 接口、s p i 接口、延时、b c d 码与格雷码转换等。 5 ) 可以直接在c c + + 中写快速易用的中断处理函数。 6 ) 高效的3 2 位和6 4 位的i e e e 兼容的浮点运算。 7 ) 扩展的c 和e c + + 的函数库，并对数学和浮点运算。 蔷：哿拦= 耋皇冀= 。= 谰狮一懈“ 一4 “o 啊 n 囊三_ 二 图3 2c v a v r 的界面 上海师范大学硕士学位论文第三章控制策略研究及软件设计 3 2 2 软件控制总体结构 控制系统软件对发动机相关参数进行采集、处理，根据这些数据对执行器 进行控制。本文可采用模块化的程序设计，模块化的设计是一种先进的程序设 计思路，主程序包含多个功能子程序。其程序原理框图如图3 - 3 。 i 查表模块 转速计算模块 i p l d 调节模块 r 主程序 喷油控制模块 i、 l 节气门检测模块 l - l l 氧传感器检测模块 i a d 转换模块 i - 图3 - 3 程序原理框图 1 主程序设计 主程序设计的具体流程如下t 1 ) 在钥匙开关开启时，e c u 接通电源，m c u 开始上电复位，开始初始化设 置，对m c u 管脚的输入输出、计时器、a d 转换及中断源等的设置。初 始化结束后开始功能模块顺序工作。 2 ) 启动a d 转换模块及转速检测模块。当m c u 上电，发动机还未启动开 始，a d 转换就开始不停地对外部传感器信号进行采样。等待发动机转 速信号计算得出。 3 ) 根据获得的转速信号，决定喷油脉冲信号的频率；根据节气门开度信 号和转速来判断发动机工况，调用控制喷油脉宽子程序控制喷油器进 行喷射。喷油脉宽的控制是根据事先实验测得该发动机各种工况下每 个工作循环的油耗和喷油器的喷射特性计算得到。 4 ) 通过氧传感器信号对空燃比进行判断，采用p i d 调节器闭环控制策略 对空燃比进行控制，保证空燃比控制在理论空燃比1 4 7 附近，即过 量空气系数九= 1 附近。根据此工作循环的空燃比值，判断混合气体的 浓度是稀或浓，以控制喷油脉宽，决定喷油量是增或减，并在下一个 工作循环中对喷油脉宽的修正。 e c u 控制流程图如图3 - 4 。 1 9 第三章控制策略研究及软件设计上海师范大学硕士学位论文 图3 4e c u 控制流程图 2 子程序设计 1 ) a d 转换子程序 本文采用a v r 单片机自带的1 0 位a d 转换功能模块，设置a v r 单片机内a d c 控 制和状态寄器a d c s r a 及特殊功能i o 寄存器一s f l 0 r 来控制a d 转换。具体设 置如下：参考电压为a v c c ，转换方式采用自动触发转换，选择t c 0 比较匹配 中断为a d 转换触发源，a d 转换时钟频率设置为1 2 5 k h z ( 即设置分频系数为 上海师范大学硕士学位论文第三章控制策略研究及软件设计 6 4 ) 。a d 转换的工作流程图如图3 - 5 。 对a d 转换各寄 存器进行设置 1 l 延迟1 3 个a d 转 换时钟周期 上 读取a d 转换值 上 计算电压值 图3 5a d 转换流程图 2 ) 转速计算子程序 发动机每转一周，霍尔传感器输出一个脉冲信号，根据两个相邻脉冲之间 的相隔时间，通过一定的计算处理就能得出转速值。本文使用a v r 单片机内部 的定时器t 2 进行计数，主频率8 m h z 的6 4 分频作为计时器t 2 的时钟频率，则 每次计数所需时间是8 u s 。相邻两次脉冲之间的时间为： a t = ( c 1 一c 2 ) x 8 x l o 。9 【s 】 ( 式3 1 ) 式中，址为相邻两次脉冲之间的时间；c ，c ：分别为相邻两次脉冲定时 器的计数值。 计算出f 后，可以根据式3 2 算出转速。 咒一詈 【，- m i n 】 ( 式3 _ 2 ) 转速测量子程序流程见图3 6 。 2 1 第三章控制策略研究及软件设计 上海师范大学硕士学位论文 开始1 lj l 接收到脉 冲信号 上 开启计数 器t 2 上 接收到第2 次脉冲信号 上 关闭计数器t 2 上 计算间隔时 间f 上 计算转速 上 【返回1 图3 - 6 转速测量子程序 3 ) 查表子程序 查表子程序具体流程如图3 7 。 【开始1 上 读取节气门 开度信号 上 查表 上 得出喷油脉宽 上 【返回l 图3 - 7 查表程序流程图 4 ) 喷油子程序 得到喷油脉宽 上 驱动喷油器 图3 - 8 喷油子程序流程图 上海师范大学硕上学位论文 第三章控制策略研究及软件设计 喷油子程序根据查表及p i d 控制得到的具体喷油脉宽来控制喷油器，其流 程图如3 8 。 3 2 3p id 闭环控制策略 本文对空燃比的控制采用p i d 闭环控制策略，采用的是增量式p i d 算法 6 ，3 6 1 。系统通过氧传感器测得信号值计算得到实际的过量空气系数与理想过量 空气系数相减得到差值通过p i d 调节，得到一个脉宽占空比的修正差值，下一 个工作循环中使用。 1 ) p i d 控制器 p i d 控制器是一种线性调节器，其框图如图3 - 9 所示。p i d 控制器把设定值 w 与实际输出值y 相减，得到控制偏差e ，偏差e 经过比例p 、积分i 、微分d 运算后通过线性组合构成控制量u ，然后用u 对对象进行控制。 p i d 调节是连续系统中技术最成熟，且应用最广泛的一种控制方法。它的 结构灵活。不仅可以用常规的p i d 调节，而且可以根据系统的要求，采用各种 p i d 如p i 、p d 控制、不完全微分控制、积分分离式p i d 控制、带死区的p i d 控 制、变速积分p i d 控制、比例p i d 控制等。 2 ) p i d 控制算法 系统通过a d 转换检测过程变量y ，并计算误差e 和控制变量u 。计算机控 制是一种采样控制，它只能根据采样时刻的误差值计算控制变量u 。因此积分 项和微分项不能直接准确计算，只能用数值计算的方法逼近。 在采样时刻t = i , t ( t 为采样周期，i 为正整数) 时的控制规律的公式为： 甜t 2 k p 巳+ 弓高p ，+ 孚c 巳一q 一，) + 配。 ( 式3 3 ) 式中k d 为比例系数；l 为积分常数，z 越大积分作用越弱；乃为微分常 第三章控制策略研究及软件设计 上海师范大学硕士学位论文 数，乃越大微分作用越强；u 。为控制常量。 如果采用周期取得足够小，这种逼近可相当准确，被控过程与连接过程十 分接近。 3 ) 增量式p i d 控制算法 当执行机构需要的不是控制量的绝对数值，而是其增量时，可以通过式3 - 3 导出增量式p i d 控制算法。公式如下： a u i = u i - u i _ l f f ik p i - e i - 1 + 三e ；+ 孚g ；一2 e ；d + e t 一2 ) 】( 式3 4 ， 式3 4 还可以进一步改写为 “；一k p q ；+ + 局) ( 式3 - 5 ) 其中 0 = a e f = 巳一q l 一号 只寺( 矿抛i - 1 + e i - 2 ) 可见增量式p i d 算法只需保持现时以前三个时刻的误差( e ，e i _ l 巳一：) 即可。 增量式p i d 算法的优点：( 1 ) 因为增量式p i d 只需要计算增量，计算误差 或精度不足时对控制量计算影响较小；( 2 ) 控制从手动切换到自动时，必须首 先将计算机的输出值置为原始阀门开度u 。，才能保证无冲击切换，由于增量式 p i d 公式中不出现“。项，易于实现无冲击切换；( 3 ) 不产生积分失控，容易获 得较好的调节效果。 4 ) 积分分离法 在实际的控制系统中，控制变量实际输出值往往受到执行机构性能的约束 ( 如放大器的饱和，阀门旋转角度的限制) ，而被限制在有限的范围内。如果微 机输出控制变量u 在上述范围内，那么p i d 控制可以达到预期效果，一旦超出 上述范围，则实际执行的控制量就不再是计算值，由此将引起不期望的效应， 上海师范大学硕上学位论文 第三章控制策略研究及软件设计 称为饱和效应。积分分离法就是抑制饱和效应的一种有效的方法。 由于引起饱和效应的关键原因在于积分项有较大的累积值。故要减小积分饱 和就能抑制饱和效应。积分分离法就是当误差在门限外时，取消积分部分，相 当于p d 调节；当误差在门限内时，积分部分才起作用。 积分分离法的增量式p i d 算法流程见图3 1 0 。系统初始化时乞一。= 巳一：= 0 ，门 限