基于模糊控制的汽油机怠速系统仿真研究毕业论文

安徽农业大学工学院毕 业 论 文（设计）论文题目 基于模糊控制的汽油机怠速系统仿真研究 姓 名 _ 学 号 _ 院 系 工学院 专 业 车辆工程 指导教师 职 称 中国合肥二 o 一五年五月基于模糊控制的汽油机怠速系统仿真研究 II目 录1 绪论 11.1 课题背景及意义 11.2 发动机怠速控制的国内外研究现状和发展21.3 模糊控制在发动机怠速控制中的作用31.4 本文的主要研究内容 3 2 汽油机对怠速的要求42.1 怠速控制的目的和汽油机怠速控制发展的状况42.2 怠速的定义及怠速控制的任务52.3 怠速控制的基本要求62.4 怠速控制系统的组成73 模糊控制理论 83.1 模糊逻辑理论的基本内容及发展 83.2 模糊控制系统的基本原理 94 怠速模糊控制系统104.1 怠速模糊控制系统基本原理104.2 汽油机怠速控制系统数学模型 114.3 怠速模糊控制器的设计134.4 怠速模糊控制系统的仿真15结论17致谢17参考文献18 基于模糊控制的汽油机怠速系统仿真研究 第 1 页 共 22 页基于模糊控制的汽油机怠速系统仿真研究（安徽农业大学工学院 11 级车辆工程 合肥 230036）摘要 由于国家制订了更加严格的排放法规和要求降低燃油消耗。进入 21 世纪后，科学技术的不断进步，社会发展迅速，能源问题凸显出来，环境情况显得不容乐观。为了解决日益严峻的能源衰竭和环境污染，使发动机在怠速的工况下稳定运转就显得尤为重要。随着汽车工业的发展，传统的怠速控制方法已经不能满足要求，我们所面临的环境和控制的对象具有高度的复杂性和不确定性，所以对于传统的控制方法就难以达到理想的控制目标。模糊控制研究的重点不是被控过程或对象，它是以人工经验为基础，避免了建立复杂数学模型，在考察区域划分模糊子集后，对获得的信息进行构造隶属度函数，然后按照一定的规则和推理作出模糊决策，进而可以对被控制的对象能够进行有效的控制。依据模糊控制的方法，再利用仿真软件 MATLAB 中动态仿真集成环境 Simulink可以对汽油机怠速模糊的控制系统进行仿真。关键词 汽油机 怠速控制 模糊 仿真1 绪论1.1 课题背景及意义随着我国经济的发展和科学技术的进步，汽车工业正在迅速发展，每一年中国汽车的保有量都在不断的上升。人们对汽车过度的使用，使汽油、柴油等不可再生能源越来越少，环境污染越来越严重。中国的经济正处于稳步的增长时期，我们应该坚持自己的发展，实行可持续发展战略。每年在公路上行驶的汽车逐渐增多，汽车尾气会造成严重的大气污染，由于全国许多经济发展较好的城市汽车保有量的增长，造成了所在地区空气受到严重污染。大城市中居住的人非常多，环境的好坏影响到人们的生活质量，由于许多汽车尾气的排放不基于模糊控制的汽油机怠速系统仿真研究 第 2 页 共 22 页达标导致空气质量的下降，这不仅仅严重威胁着人们的身心健康，还阻碍着城市的建设步伐。 1研究表明，汽车在道路状况复杂的城市道路上行驶，经常在十字路口等待红绿灯，在早中晚及节假日车流量较大的高峰时段，车辆拥挤的情况尤为严重，汽车等待的时间更长。此时汽车的发动机处于怠速的工况状态，汽车怠速的时间大约占总运行时间的 30%2，汽车怠速的时候由于外界干扰、负荷变化等因素使发动机的转速出现一定的波动，这样一来，不仅会使油耗增大，而且导致排放污染物增多，怠速工况下的耗油量占总耗油的 30%3，因怠速排放的一氧化碳和碳氢化合物占总排放的 70%4。因此为了满足越来越严格的排放法规要求，最大可能的降低汽车怠速时的转速并保持怠速的转速稳定显得非常重要。这也是国内外许多研究者所面临的难题。1.2 发动机怠速控制的国内外研究现状和发展汽油发动机怠速的控制是发动机电子控制的重要内容之一，怠速是否能够得到有效的控制，不仅仅关系到汽车发动机的性能，而且从驾驶的角度来看也有一定的影响。发动机的控制方式与怠速的控制的研究与发展是相互联系的。怠速控制的目的很明显，就是在无法确定干扰的情形下，确保发动机的转速具有良好的动态性能和稳态性能，这是一个典型的发动机闭环反馈的控制问题。我们可以将发动机的怠速控制看作一个基准的控制问题，对其进行研究并且用来评估一些先进的控制算法。 5汽油机的怠速控制是发动机的控制研究的重要内容之一，有很多的国外研究者基于基本的控制方法，加入汽油机点火时刻控制。因为参数的改变到汽油机性能的变化会有一个滞后的过程，但是滞后的程度会有一些差异。因此，若采用改变汽油机点火提前角的方法来控制怠速反应较快，能够达到更高的精度。但是通过改变点火提前角来控制怠速的转速，怠速转速变化的范围较小。国内已经有一些研究者着眼于这方面。到目前为止，大多数的汽车采用的依然是通过改变电子节气门的开度或改变怠速旁通阀的方式来调节怠速的转速。总结国内外的汽油机的怠速控制主要有 PID 控制、滑膜控制、预测控制和神经网控制。基于模糊控制的汽油机怠速系统仿真研究 第 3 页 共 22 页1.3 模糊控制在发动机怠速控制中的应用自从模糊数学在 1965 年被美国的控制专家 Zadeh 提出以来，他的方法和理论渐渐的得到完善，并且被广泛的应用在社会科学和自然科学各领域。直到1972 年，模糊逻辑被应用于控制。以模糊数学为基础的模糊控制技术，它是针对数学模型不明确的被控对象，或非线性模型的实用简单的控制方法。 6相对于传统的控制，模糊控制有以下的优点：（1）模糊控制是基于规则的一种控制，采用的是语言型的控制规则，它依据操作人员的经验和专家的知识。在设计模糊控制器时，不需要建立精确的数学模型，并且有很强的自适应性和鲁棒性。（2）模糊控制相对容易建立语言的控制规则，所以模糊控制比较适用于那些数学模型难以建立，以及非线性对象非常适用。（3）查找模糊控制表所需要的时间非常少，所以我们可以用较高的采样率，以此来填补实际经验的偏差和模糊控制的规则。（4）由于模糊控制的鲁棒性强，外界的干扰或系统参数的变化对控制的影响被大为的削弱，对非线性及纯滞后系统的控制特别适用。 71.4 本文的主要研究内容近年来，智能控制作为模糊控制的一个分支得到了很大的发展，模糊控制的重点不是研究被控对象或过程，它是建立在人工经验基础上，模仿人在控制活动中的模糊概念和控制策略，绕过建模的困难，通过在考察区域划分模糊子集对获得的信息构造隶属度函数，再按照控制规则和推理法则做出模糊决策，从而对被控对象进行有效的控制。所以模糊控制的方法适于汽油机的怠速控制。本文所做的主要研究内容如下：（1）对汽油机在怠速工况下的要求及研究，（2）模糊控制理论与怠速控制的相结合，发挥模糊控制的优点，基于模糊控制的汽油机怠速系统仿真研究 第 4 页 共 22 页（3）怠速模糊控制器的设计与怠速模糊控制系统在仿真软件 MATLAB 中的动态仿真集成环境 Simulink 下的仿真。2 汽油机对怠速的要求2.1 怠速控制的目的和汽油机怠速控制发展的状况汽车的运行比较复杂，工况的变化十分频繁。汽车怠速时的转速越低，则废弃的稀释作用就会更加明显，所以必须要提供较浓的混合气，这样就会增加CO 和 HC 的排放浓度，所以怠速转速的提高将会降低排放尾气的浓度。因此，汽油机的怠速控制应该是在尽量降低尾气排放浓度的情况下保持怠速工况可以在较低的转速下平稳运转。电控的汽油机在怠速情形时，除了适当提高怠速的转速来降低 CO 和 HC 的排放浓度外，还能通过怠速旁通空气量孔和喷油的配合把转速良好的控制在稳定的水平，这样就会使控制有很大的弹性，能够适应复杂多变的外界环境。一般情况下，若降低汽油机的转速，则单位时间内的燃油耗就会降低。而如果转速太低会使发电机的充电能力降低，当蓄电池的电压降到某一值后，就会影响到整个电控系统的正常工作，波动性越来越明显，此自适应系统相互矛盾。只有在不影响排放的水平和怠速的质量的基础上，使怠速转速的工作点设置在汽油机可能的最大范围来达到目标。由 Nissan 公司所研制出的怠速控制系统具有比较高的响应性，此系统采用了线性规划的原理建立了动态数学模型，可以通过调节空气调节阀来控制旁通空气量。这个系统，怠速的转速设置在节约燃油的前提下，同时满足外界环境的变化对汽油机的要求。Bosch 公司研制的 Motronic- 喷射系统怠速控制是目前怠速控制的方法中典型的方法之一。用一个旋转滑式的怠速调节器来打开通往节流阀的旁通截面，可以依据此调整器控制位置的不同，以产生相应的开启截面。因为空气流量计所测量的空气量包括了此附加空气量，喷油量也会作出相应变化，怠速空气调节装置很大程度上有效的稳定了怠速转速，它还能够降低怠速转速，以减少燃料的消耗。在 20 世纪 80 年代的中期，由美国 Purdue大学 WRMhlle 等人研制出的怠速自适应控制系统，通过控制波动性指数，使汽油机处在稳定工作的极限状态，此系统仍然以转速为控制对象，能够不断识别基于模糊控制的汽油机怠速系统仿真研究 第 5 页 共 22 页最佳转速工作点，而这些工作点是由汽油机的转速波动性和曲轴的转速来决定的。近些年来，国内外的许多学者对怠速的控制也进行了一些的研究工作，并且取得了可喜的成果。 82.2 怠速的定义及怠速控制的任务汽油机怠速是指在油门踏板处于完全松开的状态，转速能够保持在最低的可能的水平状态。现在的汽油机通常都会有节气门，在汽油机怠速工况时节气门的回位弹簧有促使节气门全闭的趋势。我们要知道，怠速和空转是两个不同的概念。空转是空负荷，指的是汽油机在没有其他外加负载的情形下工作。过去汽油机所做的功全部用来驱动汽车，当离合器脱开，此时的汽油机就没有其他的负载，这样就是空转。而且在这样的情况下油门踏板也是处于完全松开的状态，所以也是怠速，这样就会使人认为怠速就是空转。但是对于现代汽车情况就大为不同，大部分轿车都装上了空调设备，即使在怠速时把离合器脱开，汽油机还可能要带动空调的压缩机运转。所以此时怠速就不一定没有负荷，它指的是汽油机与离合器分离的状态，并且不输出轴功。怠速控制是为了使汽油机能够获得较好的运行，即排放减少、油耗降低和驾驶舒适，而且会出现良好的过渡反应，即只要节气门打开就能立即作出反应，使汽油机能够平稳、迅速的过渡到任何工况，例如节气门全开的加速和部分节气门开启加速等工况。怠速时如果汽油机转速稳定，则汽油机的输出转矩正好与阻力矩平衡。当汽油机的输出动力全部用于驱动汽车的情况下，怠速的目的只是为了使汽油机不熄火，并不要求它对外做功，怠速工况下消耗的燃油全部用来克服摩擦力。为了减少因摩擦而消耗的功以降低油耗，怠速时的转速越低越好，但是若转速过低，则怠速将会不稳定，容易熄火，而且排放差。所以，怠速控制的任务就是确保汽油机怠速时能够稳定在最低可能的转速以此降低油耗并优化排放。如果在怠速时汽油机有负荷，则负荷的变化会影响到怠速的转速，此时怠速控制任务就是确保即使汽油机有负荷的波动，它的怠速转速也不会有太大的波动。当怠速转速发生变动时，为了使怠速转速能够迅速的恢复到稳定值，需要使每循环的喷油量也要跟着变化。这就要求汽油机的空气吸入量也需要跟着变化。基于模糊控制的汽油机怠速系统仿真研究 第 6 页 共 22 页因此，怠速控制实质就是控制怠速时的汽油机的空气吸入量。电控范围讨论的怠速转速控制，实质上在汽油机怠速时的汽缸的空气吸入量进行控制，即当节气门全关时通过调节旁通阀对进气量的控制来实现所需怠速。2.3 怠速控制的基本要求汽油机怠速工况是汽油机的一个非常重要的工况，是指在汽油机不对外输出功的情形下，能够以最低的转速稳定运转的工况。为了满足越来越严格的排放法规和油耗要求，人们对怠速时汽油机运行的质量提出了更为严格的要求，人们对怠速工况时的控制越来越重视。当汽车在交通拥挤的城市道路上行驶时，汽油机有很大一部分时间都处于怠速工况，因此在怠速阶段消耗的燃油所占比例就会增加，怠速时转速越高，燃油消耗得就越多。同时在汽油机怠速工况下，由于混合气的质量形成得不好，燃烧过程将会恶化，致使汽油机的排放物浓度增加，怠速时的转速越低，排放性能就越差，汽油机的运转越不稳定。通常在考虑到排放性能的前提下，怠速转速的选定，依据能够使汽油机实现稳定运转的最低转速，来满足它的经济性能的要求。因此，在这种工况下有两个控制目标是我们需要考虑的，一个是稳定转速下体现的经济性，另一个是排放物所代表的排放性能。故对汽油机怠速控制提出了如下的要求。（1）迅速而平稳的过渡特性在驾驶汽车时，面对不同的驾驶环境，汽油机可能从怠速转为部分节气门开启的情况，甚至是节气门全开的工况，这时汽油机的进气量就会突然加大，对于近些年来发展迅速的电控燃油喷射技术，它能够实现精确迅速的点或控制和空燃比控制，因此相比与传统的化油器，它的过度特性要好得多。有些电控汽油机会将怠速空燃比定的较小一些以便获得更好的过渡特性。(2)较低的燃油消耗在城市道路上行驶的汽车，有很大一部分时间处于怠速工况，所以见底怠速时的油耗显得非常重要。要想降低怠速时的燃油耗，主要的措施是降低怠速时的转速，这样不仅仅可以见的油耗还可以降低噪声，但是若怠速转速过低，基于模糊控制的汽油机怠速系统仿真研究 第 7 页 共 22 页汽油机的转速就会不稳定且排放性能变差。（3）保持汽油机转矩与负荷的平衡在汽油机怠速时，要使其输出转矩与外加负荷能够保持平衡，以此确保一定的转速。而且在保证汽油机有平稳运转和良好的排放性能的同时，尽可能的降低怠速转速。负荷包括来自汽油机内部的产生的摩擦阻力和外部阻力引起的负荷，内部摩擦阻力包括泵气损失和机械摩擦。汽油机的内部摩擦阻力也会随着温度的变化而发生变化，在汽油机温度越低，它的摩擦阻力越大。外部负荷一般指汽油机的前端所输出的负荷，包括驱动发电机、动力转向泵、冷却水泵等负荷。在汽油机运转时，以上负荷随时都有可能发生变化，因此怠速的控制必须要考虑到以上的负荷变化。（4）良好的排放由于怠速时气缸的充气效率比较低，导致混合气不能够完全燃烧，排放的尾气中污染物的浓度比较高，对大气造成了严重的污染。由实验得知，提高怠速转速可以提高充气效率，这样就可以或得良好的排放性能。为了达到上述的要求，我们必须采用高效的方法对怠速转速进行有效的控制，对于电控汽油机，怠速闭环控制的执行机构通常采用旁通空气阀。其由步进电动机来进行驱动，由汽油机电控单元控制步进电动机使旁通气道的流通截面增大或减小，从而控制进入气缸的充气量。因此，汽油机怠速控制单元的功用就是通过节气门全关时对充气量的调节来保证汽油机在满足汽油机排放性能的前提下以稳定的最低转速运转。这样可以降低燃油消耗，提高了汽油机的经济性，同时它的稳定性和排放性能也得到了改善。2.4 怠速控制系统的组成汽油机在正常工作的情形下，节气门的开度是由驾驶员通过调节加速踏板来控制的，进而调节了进气量来控制汽油机的输出功率。在怠速工况时，节气门全关，空气由节气门的缝隙和旁通节气门的怠速调节通路进入气缸的，进气量基于模糊控制的汽油机怠速系统仿真研究 第 8 页 共 22 页由空气流量计检测，同时依据转速和其他信号控制喷油量，当汽油机的本身内部阻力矩和输出的转矩发生变化时，怠速转速将发生变化，怠速控制的作用就是确保汽油机的转速稳定。怠速控制是由调节旁通节气门空气通路面积以控制空气流量的方法来实现的。 怠速控制系统的组成如下图 1：图 1 怠速控制系统（1）传感器输入电路主要与由节气门位置传感器、喷油和点火系统共用的空气流量传感器、冷却水温传感器、转速传感器和曲轴位置传感器及相应的信号处理电路组成。（2）控制单元控制单元依据从各个传感器输入的信号所得出的汽油机目标转速与实际的转速进行比较，依据比较得出的差值，来确定相应的差异，然后驱动控制空气量的执行机构，使怠速能够保持在目标转速。（3）执行机构执行机构主要由怠速旁通阀和步进电动机组成，控制节气门旁通空气通道。为了改善汽油机的再起动性能，在停车关闭点火开关之后，ECU 会将怠速旁通阀置于全开状态，以便减少下一次起动时的准备时间，并为之提供足够的起动进气量。基于模糊控制的汽油机怠速系统仿真研究 第 9 页 共 22 页3 模糊控制理论3.1 模糊逻辑理论的基本内容及发展模糊逻辑是指模仿人大脑的不确定性的概念判断和推理的思维方式，对难以确定的或建模困难的系统，以及控制对象存在大滞后和强非线性问题的，运用模糊规则和模糊集合进行推理，实行模糊推理综合判断，解决一般方法难以处理的复杂问题。1965 年美国数学家首先提出了模糊数学的概念，这标志着模糊数学的诞生。模糊逻辑与模糊数学实质上是对模糊对象进行精确的描述和处理。模糊概念不能用经典集合来描述，因为不能绝对的用“属于”或“不属于”某一个集合来表示。把模糊数学的一些基本概念和方法运用到逻辑领域中，产生了逻辑变量和函数等概念。模糊逻辑经过几十年的发展，已经广泛应用于生活中的许多领域。例如：故障诊断、图像识别、聚内分析和专家系统等。3.2 模糊控制系统的基本原理 模糊控制作为结合传统的基于规则的模糊集理论、控制理论和专家系统的成果而诞生，使它与基于被控过程的数学模型的传统控制理论有很大的不同。在模糊控制中，不需要像传统控制那样对被控过程或对象进行建模，而是尝试通过从可以成功控制被控过程的专家那里获得专家的行为和经验。因为模糊控制的实现是以专家的行为和经验为基础的，所以必须以以一种有效而容易的的方式来表达专家的知识。最适合表示这种专家控制知识的方式之一是 IF-THEN的规则格式，这种表示有两个显著的特点，他们是定性的而不是定量的；他们是一种局部知识。然而，当用计算机来实现时，这种规则最终要具有数值形式，近似推理和隶属度函数为数值表示集合模糊提供了一种有利的工具。要实现一个世纪的模糊控制系统需要解决三个问题：知识表示、推理策略和知识获取。知识表示是指利用语言规则来表示数值方式；推理策略是指依据当前输入的条件得到一个合理的结果；知识的获取解决如何才能得到一组适当的规则。因为领域专家们提供的知识通常是定性的，具有某种不确定性，所以基于模糊控制的汽油机怠速系统仿真研究 第 10 页 共 22 页知识的推理和表示必须是模糊的或近似的，近似推理理论正是为了满足这种需要提出的的。由此可知，模糊控制是一种计算机控制，它以模糊逻辑推理、模糊集合论和模糊语言变量为基础。从线性控制和非线性控制来分类，模糊控制属于非线性控制。从控制器的智能性来看模糊控制属于智能型的范畴，并且模糊控制已经成为实现智能控制的一种重要且有效的形式。模糊控制由模糊控制器和控制对象组成，如下图 2 所示：图 2 模糊控制系统结构4 怠速模糊控制系统4.1 怠速模糊控制系统的工作原理怠速控制是指汽油机处于怠速工况时怠速转速的控制，其实质对汽缸的进气量进行控制。发动机在运行时，由相应传感器检测转速 n，负荷 P，冷却水温T 和电瓶电压 E 等信号再经 ECU 计算后确定怠速电动机的调节步数 u 和发动机的目标怠速转速 n0，然后控制系统将检测到的汽油机实际转速 n 与目标转速 n0进行比较。当 nn0时关小旁通气阀，减少混合气，转速下降。 9当模糊论域为离散时，经过模糊量化后的输入/输出量的个数是有限的，可基于模糊控制的汽油机怠速系统仿真研究 第 11 页 共 22 页以针对输入情况的不同组合离线计算出相应的控制量，从而组成一张控制表，在实际控制的时候，只要直接查表即可，从而大大减少了在线的运算。图 3 是怠速模糊控制系统结构框图，其中 k1,k2和 k3为尺度变化的量化因子。怠速模糊控制系统采用的是二维模糊控制器，采用误差 e 和误差变化率 de 作为模糊控制器的输入量，以控制量的变化作为控制器的输出。图 3 怠速模糊控制系统结构框图4.2 汽油机怠速控制系统数学模型汽油机处于怠速工况时，它的转速主要受燃油量、点火时间、空气量的影响。因此一般将汽油机的控制系统看作三个输入量（燃油量、点火时间、空气量）和一个输出量（汽油机速度）组成的多变量系统。这种多变量的控制系统的框架使得怠速控制必须考虑在内。然而，汽油机在怠速工况下的转速变化范围很小，因此，点火时间可以假设为不变。此外，当空燃比采用闭环控制时，就可以认为燃油量是一个干扰因素，它对于汽油机怠速的动态性能影响比较小。因此，点火时刻、怠速控制和空燃比控制都相对独立，所以汽油机的怠速控制系统动态模型可以描述为一个单输入单输出的系统，即以控制旁通气道的步进电动机工作步数为输入量，怠速转速为输出量，如图 4图 4 怠速控制的数学模型在上述系统中有四个独立的动态影响因素：控制阀动态特性、进气管动态特性、燃烧动态特性和惯量动态特性。实际上，除了这些动态特性之外还有空基于模糊控制的汽油机怠速系统仿真研究 第 12 页 共 22 页调压缩机、离合器、自动变速器和动力转向等其他负载干扰。在这些因素的共同作用下，使汽油机怠速过程变成一个相当复杂的系统。从控制理论上来说，怠速过程具有非线性、不确定性和时变性。因此，建立一个基于以上复杂动力学过程的汽油机怠速控制比较精确的数学模型很难。为简化问题，通常寻找一个在工作点附近线性化的降维模型，用如图 5 所示的动态模型来近似表示。图 5 怠速控制的动态模型 (1)怠速旁通阀执行器部分的数学模型电动机电动机步数为 0128 步，与怠速旁通阀的开度的关系近似为一条直线，所以数学模型可用比例环节近似表示，即步 ）/(%1280)(0SG(2)发动机的数学模型汽油机在怠速运行工况时，查阅相关资料得出汽油机怠速与怠速旁通阀开度得之间的关系。表 1 怠速旁通阀开度与怠速的关系旁通阀开度 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50怠速 0 60 180 330 490 630 740 820 900 960 1020旁通阀开度 55 60 65 70 75 80 85 90 95 100怠速 1060 1105 1130 1145 1160 1170 1180 1190 1195 1200基于模糊控制的汽油机怠速系统仿真研究 第 13 页 共 22 页理论工作点为：汽油机转速为 650r/min，旁通阀开度值为 27%，即:1287)(0SG在工作点附近，怠速旁通阀的开度与怠速的关系可近似为一个二阶的系统模型，其离散系统的状态空间表达式可近似为：对应的脉冲传递函数可表示为：719.065.42)()1zbAzIcG4.3 怠速模糊控制器的设计一般我们把模糊控制器输入变量的个数叫做模糊控制器的维数，汽油机的模糊控制系统选用而为的模糊控制器。（1）模糊控制器的输入和输出变量我们都知道怠速控制是指对怠速时汽油机转速的控制，实质是通过调节旁通空气阀的开度来改变进气量，从而实现目标怠速 n0。当我们在控制的时候，把转速 n 作为系统的反馈量，把实际转速 n 与目标转速 n0的偏差 e,即 e=n0-n作为调节的依据之一，同时把 e 的误差变化率 de 也作为调节的依据以提高系统稳定性，并减小超调量及振荡现象。因此，模糊控制器的输入量是转速误差 e及误差的变化率 de，步进电动机的工作步数作为输出变量。（2）输入和输出量的变化范围及其论域将汽油机转速误差 e 的实际变化范围是-300 300r/min-1,de 的实际变化范围是-100 100r/min -1，步进电动机的工作步数 u 的实际变化范围是0 128步，基于模糊控制的汽油机怠速系统仿真研究 第 14 页 共 22 页取误差和误差变化率即输出变量的模糊集整数论域均为-6 6,将他们划分为十三个等级。e,de,u -6 -5 -4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4 5 6（3）量化因子输入量 e 和 de 及输出量 u 的量化因子分别为：306)(306*minax ke 1)(1*in*axdede 64)(028minax*uku（4）模糊规则的确定此控制器中转速误差 e 和步进电动机步数 u 取为七个模糊子集，分别是负大，负中，负小，零，正小，正中，正大，把转速误差 de 的模糊子集取为 8 个，分别是负大，负中，负小，负零，正零，正小，正中，正大。由此得到了一条由 56 条模糊条件语句所构成的模糊控制规则，总结为模糊控制表2.表 2 表示的模糊控制规则为：R1：如果 e 是 NB and de 是 NB 则 u 是 NB；R2：如果 e 是 NB and de 是NM，则 u 是 NB；R56:如果 e 是 PB and de 是 PB 则 u 是 PB。 10表 2 模糊控制规则表deueNB NM NS ZE PS PM PBNB NB NB NB NB NM NS ZENM NB NB NM NM NS ZE PSNS NM NM NM NS ZE PS PS基于模糊控制的汽油机怠速系统仿真研究 第 15 页 共 22 页NZ NM NM NS ZE PS PS PMPZ NM NS NS ZE PS PM PMPS NS NS ZE PS PM PM PMPM NS ZE PS PM PM PB PBPB ZE PS PM PB PB PB PB4.4 怠速模糊控制系统的仿真在动态仿真集成环境 Simulink 下，对汽油机怠速模糊控制系统进行仿真。在 Simulink 环境正建立如图 6 所示汽油机仿真模型图 6 仿真模型窗口基于模糊控制的汽油机怠速系统仿真研究 第 16 页 共 22 页图 7 模糊推理系统编辑器图 8 模糊分割基于模糊控制的汽油机怠速系统仿真研究 第 17 页 共 22 页图 9 模糊规则编辑器示波器中显示的怠速跟踪曲线如下图 7：图 10 怠速跟踪曲线图 10 中横坐标表示仿真时间 t，纵坐标是怠速的设定 n0及实际输出值 n(r/min)基于模糊控制的汽油机怠速系统仿真研究 第 18 页 共 22 页结论仿真结果表明，采用模糊控制的方法对怠速的控制不仅有效，而且还有效的降低了汽油机怠速转速的波动幅度，进一步的提高了汽油机怠速运行工况下的稳定性，显示出了模糊控制的优越性，为实际的应用，提高燃油经济性和改善汽油机的排放性打下了基础。致谢 在安徽农业大学四年的求学生涯即将结束，在这期间亲人、老师和同学给了我许多的关心和帮助是我顺利的完成了我的学业，在此，我表示我最衷心的感谢和祝福。在这四年的求学生涯中，给我最大鼓励的就是我的父母，没有他们的养育之恩和无微不至的关怀就不会有今天的我，所以在将来的日子里，我会倍加努力以报你们的养育之恩。其次感谢我的指导老师宋宇老师，感谢您在这四年里对我们的教导，在毕业之际对我论文的指导，您教学严谨认真负责，为人正直，我会牢记您对我们教导，祝您身体健康，合家幸福。最后感谢我的室友们，我们来自全国不同的地方，有幸在安徽农业大学我们相识并一起生活了四年，在这四年里，我们相互包容，相互帮助，无论是在学习还是在生活上你么都给予我很大的帮助，你们为我的大学生涯添上了精彩的一笔。在此，我对所有曾经帮助关心过我的人衷心的说一声：谢谢你们！参考文献1 石磊. 四缸汽油机发动机怠速控制研究.2012-032 冯崇毅.汽车电子控制技术.机械工业出版社.2000：5-203 宋剑锋,李国帕，张欣. 现代控制技术在发动机空燃比控制中的应用.小型内燃机与摩托车.2001:11-14基于模糊控制的汽油机怠速系统仿真研究 第 19 页 共 22 页4 程庆，黄河，吴平友. 发动机怠速智能控制系统的研究.Drive System Technique.2003，12：1-25 Thorn hill M teal.A Comparison of Idle Speed Control Schemes. Control Engineering Practice .2008,;1-36 李国勇. 智能控制与 matlab 在电控发动机中的应用.北京：电子工业出版社.2007.67 郭明. 汽油发动机怠速控制的研究.2009(6)8 李国勇. 智能控制与 matlab 在电控发动机中的应用.北京：电子工业出版社.2007.69 李佳怡，钱同云.基于模糊逻辑理论的发动机怠速控制研究.2014(8)10 李佳怡，钱同云.基于模糊逻辑理论的发动机怠速控制研究.2014(8)AbstractSince the state has developed more stringent emissions regulations and requirements to r