4892-汽车发动机空燃比控制方法的研究【机械毕业设计全套资料+已通过答辩】
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4892-汽车发动机空燃比控制方法的研究【机械毕业设计全套资料+已通过答辩】,汽车发动机,控制,节制,方法,法子,研究,钻研,机械,毕业设计,全套,资料,已经,通过,答辩
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汽车发动机空燃比控制方法研究 答辩人： 指导老师： 答辩日期： 一 汽车空燃比控制和点火提前角控制是发动机控制系统中的两个重要问题。为了使汽车满足一定的排放要求 ,同时具有良好的驾驶性能 ,需要对发动机的空燃比和点火提前角进行控制。这是因为三元催化转化器的转化效率在可燃混合气的化学当量比上达到最高 ,所以需要控制发动机的空燃比在这一理论值附近 ,减少废气排放。对发动机的转速进行有效控制同样也是发动机控制系统中的一个重要问题 ,不仅能够柔性的体现发动机的动力性能 ,而且还能够节省燃料从而提高发动机的经济性能。 课题选题背景及意义 一 目前车用内燃机主要是汽油机和柴油机 ,而汽油机在轿车和轻型车中应用的比例达到了80%。随着时间的推移 ,传统的化油器式发动机难以满足当前严格的排放法规和燃油经济性法规的要求。在电子技术和计算机技术飞速发展的条件下 ,发动机电子控制技术使发动机朝着提高燃油经济性和降低排放的目标发展。与传统的发动机相比 ,电控汽油喷射发动机大大提高了发动机混合气空燃比及点火提前角的控制精度。发动机的动力性、经济性及排放性能均与发动机的空燃比有密切的关系。 对于发动机空燃比控制从的主要趋势是 : (1)发动机模型上 ,不局限于神经网络模型和模糊理论 ;7,国外研究均值模型、滑动模型 ,不少采用了神经网络模型和模糊理论； (2)影响因素上 ,考虑了进气喉口 !管壁油膜等的非线性特性 ,同时考虑了传感器和执行器具有的时滞特性； (3)控制方法上 ,不局限于常规的 采用了自适应控制、预报控制、变结构控制等现代控制、非线性控制和基于神经网络的智能控制 ; (4)控制状态上 ,不局限于稳态控制 ,还重点解决暂态控制问题 ,以及高精度控制问题。 基于 在发动机 糊控制器由于其本身适用于非线性复杂控制系统的特点 ,在发动机老化等情况下使用效果会好于 两种方法均有待解决油膜效应 !传感器延时和滤波延时的问题。基于现代控制理论模型的算法虽然可以较好解决上述问题 ,还可以配置系统的零极点 ,但是其控制算法中计算量太大 ,要求快速收敛的参数识别算法 ,而且因无学习过程无法保证识别精度 ,这将直接影响 基于 棒性较强 ,适合于发动机这样的在瞬态工况下有纯时滞的非线性对象 ,本文选用自适应能力更强、学习更快、效率更高的 本文的主要内容是 :利用 于发动机控制系统是一个多输入多输出的非线性系统 ,空燃比控制系统的模型具有参数不确定性和时变非线性 ,传统的辨识模型的方法很难应用。为此 ,本文考虑针对发动机不同工况下的运转特性 ,分别使用不同的控制算法。基于神经网络的控制算法简单 ,鲁棒性较强 ,适合于发动机这样的在瞬态工况下有纯时滞的非线性对象 ,本文选用自适应能力更强、学习更快、效率更高的 基于参数模糊自整定 将此算法应用于热机怠速工况中 ; ,本文提出了基于 通过 明了该方案的可行性。 二 发动机空燃比控制方法研究 构简单，参数物理意义明确，对模型依赖程度小和工程上易于实现等优点，广泛应用于工业过程中。 常规 统由模拟 根据给定值 r(t)与实际输出值 c(t)构成控制偏差 : e(t)=r(t)c(t) ( 将偏差的比例 (P)、积分 (I)、和微分 (D)通过线性组合构成控制量，对被控对象进行控制，故称 控制规律为 : ( 式中： 975年最先提出来的，它是小脑模型关节控制器 (简称。它是仿照小脑如何控制肢体运动的原理而建立的神经网络模型， 每一输出只有小部分神经元 (由输入决定 )与之相关，它的联想具有局部泛化(也称推广能力，即相似的输入将产生相似的输出，而远离的输入产生几乎独立的输出。然从每个神经元看其关系是一种线性关系，但从结果总体看，它适合一种非线性映射，因而可把 函数 )的表格系统。由于它的自适应学习是在线性映射部分，所以其学习算法是简单的算法，收敛速度比 不存在局部极小问题。因此 后进一步将它用于机器人控制、模式识别、信号处理以及自适应控制等。 小脑模型神经网络是一种表达复杂非线性函数的表格查询型自适应神经网络，该网络可通过学习算法改变表格的内容，具有信息分类存储的能力。 能够学习任意多维非线性映射。 态建模、控制系统设计等。 三 发动机系统建模与系统仿真 由于平均值模型能较精确地描述发动机空燃比的变化，而发动机电控系统是用建立在空燃比基础上的三效催化转化器来解决排放问题的，所以此模型在汽油发动机电控系统的开发工作中得到了广泛的应用。所建立的发动机数学模型结构主要可分为三部分：燃油蒸发与油膜子模型、进气歧管空气流量子模型和曲轴系统子模型。 气回路子模型 进气歧管空气流量子模型可以分为三部分：节气门体模型，进气门口模型和进气歧管模型，其主要功能是根据发动机的状态参数（即发动机转速 n 和节气门开度 ）来计算发动机的进气量。该模块实际上是由两个外部触发积分器模块构成 ,外部触发信号来自于定时和检测模块 ,定时检测模块每隔 180度曲轴转角就触发进气冲程积分器 ,积分器一旦被触发就被重新赋初值 O,并且开始分别对该循环内的进气量和燃油量进行积分 ,直至下一个外部触发信号来临将积分结果输出并重新开始新一轮的赋初值和积分 ,这样每隔 180度曲轴转角就会对缸内进气量和燃油量进行积分并将结果输出 ,从而可以精确的模拟四缸发动机的进气冲程。 油回路子模型 在该子模型中，将喷射器喷出的燃油分成了两部分：一部分形成燃油蒸汽随空气一起进入气缸燃烧；另一部分则附着在进气歧管壁面上形成油膜，油膜再逐渐蒸发成燃油蒸汽进入气缸。该模块的作用就是根据节气门开度、发动机转速和喷油嘴的喷油量 ,计算进入汽缸的空气量和燃油量。 轴系统子模型 发动机力矩的产生过程是根据气缸的进气量进行喷油，在适当的时候进行点火，混合气燃烧产生热能，气缸内气体膨胀产生压力推动活塞沿气缸壁做往复运动，通过曲轴连杆机构，将热能转化成力矩带动曲轴旋转。图 3曲轴系统的示意图。 图 3轴系统 动机系统控制策略 图 动机系统控制策略 如图 制系统首先把采集的空燃比值与设定值进行比较，通过 系统进行控制；而把采集的发动机转速、缸温、空气压力、燃气压力、燃气浓度等信号，进行量化处理后，与 一控制周期结束时， n (k)与总控制输出 (k)相比较，修正权重，进入学习过程。学习的目的是使总控制输入与 就是使系统的总控制输出主要由 语言编程实现的。 统仿真 图 图 于 图 于 图 于 图 基于 对仿真结果进行分析： (1) 稳态响应：经过 燃比只能控制在 19左右，稳态误差较大；而经过 本能稳定在理论空燃比 17附近。 (2) 动态响应：在加入干扰的情况下，经过 节时间，上升时间，峰值时间 p30% 1s 经过 节时间 p17% 3
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