天然气发动机电子节气门控制系统的研究

介绍基于电控调压器的增压单燃料CNG发动机的系统组成,在分析电子节气门结构和驱动原理的基础上,开发了以MC68376为主芯片的电子节气门控制系统,采用TLE6209设计了电子节气门驱动电路。设计了基于模糊自整定参数PID控制器,通过电子节气门在CNG发动机试验台架上的阶跃响应试验和油门开度与节气门开度的跟踪响应试验,验证了所设计的节气门控制系统可以实现对电子节气门精确、快速和稳态误差小的闭环控制。     

Development of an idle speed engine model using in-cylinder pressure data and an idle speed controller for a small capacity port fuel injected SI engine

An idle speed engine model has been proposed and applied for the development of an idle speed controller for a 125 cc two wheeler spark ignition engine. The procedure uses the measured Indicated Mean Effective Pressure (IMEP) at different speeds at a constant fuel rate and throttle position obtained by varying the spark timing. At idling conditions, IMEP corresponds to the friction mean effective pressure. A retardation test was conducted to determine the moment of inertia of the engine. Using these data, a model for simulating the idle speed fluctuations, when there are unknown torque disturbances, was developed. This model was successfully applied to the development of a closed loop idle speed controller based on spark timing. The controller was then implemented on a dSPACE Micro Autobox on the actual engine. The Proportional Derivative Integral (PID) controller parameters obtained from the model were found to match fairly well with the experimental values, indicating the usefulness of the developed idle speed model. Finally, the optimized idle speed control algorithm was embedded in and successfully demonstrated with an in-house built, low cost engine management system (EMS) specifically designed for two-wheeler applications.     

柴油机两级涡轮阀可调增压系统变海拔控制策略研究

为解决某型两级可调增压柴油机变海拔、变工况增压压力控制复杂问题。采用GT-POWER软件建立两级可调增压柴油机高海拔工作过程模型,利用试验数据进行了模型校核。设计了两级可调增压柴油机涡轮旁通阀变海拔控制策略,优化标定得到了高/低压级涡轮旁通阀最佳开度和最佳增压压力。采用仿真与试验相结合手段,比较了基于增压压力PID闭环控制和基于涡轮旁通阀开度的开环控制对柴油机高海拔瞬态性能的影响。结果表明:采用PID闭环控制,相比平原,3000、5000 m海拔增压压力首次达到目标值90%的时间分别增加了0.11、0.19 s。涡轮旁通阀开环控制与闭环控制相比,0、3000和5000 m首次达到目标增压压力的时间分别缩短了0.09、0.197和0.14 s,但实际增压压力与目标增压存在偏差。基于此,采用增压压力PID闭环反馈控制与涡轮旁通阀开环控制相结合的控制算法能够同时兼顾两级增压系统瞬态过程的鲁棒性和准确性,是未来高海拔两级增压系统瞬态过程的理想控制算法。     

车用柴油机可变喷嘴涡轮增压器电控系统研究

在CA6DE柴油机上,对自主开发的可变喷嘴涡轮增压器(VNT)电控系统进行了多轮匹配试验,并进行了实车道路试验,找出了CA6DE柴油机VNT电控系统的控制策略和最优MAP。在VNT电控系统中采用适合于柴油机上控制的硬件电路和PID控制算法,以达到对VNT喷嘴环开度进行精确的控制。试验结果表明,与采用普通涡轮增压器相比,采用VNT电控系统可以提高柴油机扭矩20%、降低烟度25%～50%、降低油耗5%。     

乙醇汽油发动机燃料供给建模研究

为避免对象连续模型和控制离散模型混合系统的复杂性,依据内燃机特有工作循环规律,以内燃机气缸内部气体守恒和传热规律为基础,建立了内燃机数学模型,以乙醇和汽油混合燃料内燃机为例,分析了模型的有效性,设计了数字PID控制器,仿真验证了控制器的控制效果。该模型可以在内燃机燃料供给数字控制算法设计和仿真分析中直接使用。     

基于扩展状态观测器和滑模控制的双离合器自动变速器起步自适应控制

双离合器自动变速器（Dual Clutch Transmission,DCT）随着服役时间的增加离合器性态会发生变化导致起步性能下降,为降低离合器性态变化对起步性能的影响,提出一种基于扩展状态观测器和滑模控制的DCT起步自适应控制方法。首先,建立DCT起步动力学模型、发动机模型和液压控制系统模型;将DCT起步问题转化为参考轨迹跟踪问题,通过工况识别并利用极小值原理获得了不同起步工况的参考轨迹;在DCT起步动力学模型中将与离合器性态变化相关的项定义为不确定项,设计扩展状态观测器对不确定项进行估计,同时结合自适应滑模控制器,获得了起步发动机转矩和离合器油压的自适应控制率;为了跟踪发动机转矩和离合器油压的自适应控制率,设计了发动机转矩跟踪控制器,同时对液压系统采用了PID闭环控制;通过MATLAB/Simulink平台仿真以及台架试验验证所提出的DCT起步控制方法对离合器性态变化的自适应效果。研究结果表明：所提出的起步自适应控制方法能够有效避免由离合器性态变化导致的起步延时,同时1挡缓起步和急起步的仿真冲击分别减小了53.11%和43.42%,试验起步冲击分别减小了35.66%和30.31%。     

并联混合动力汽车发动机调速控制及试验研究

通过分析并联混合动力电动汽车的结构和工作模式的切换过程,讨论了并联混合动力汽车进行发动机调速控制的必要性。对单轴并联混合动力汽车的发动机进行了PID调速方法研究,搭建了试验台架系统,以dSPACE快速控制原型工具为控制器,进行了PID参数整定和调速试验。试验表明,在并联混合动力状态切换过程中,发动机调速系统实现了调速快、波动小和运转稳定的目标,能够满足动力系统进行快速状态切换的需求。     

PFI汽油机空燃比控制仿真及试验研究

基于发动机台架试验,建立并标定了进气道燃油喷射单缸汽油机一维仿真模型,探索了空燃比控制的新方法。依据经典控制理论,通过所建空燃比PID控制器与参数整定,实现了稳态空燃比控制。基于x-τ油膜模型,提出了其代数控制X-Y油膜方程,分析了进气道燃油传输过程对空燃比控制的影响;通过燃油阶跃扰动法,对X,Y参数进行识别,获得了X,Y参数MAP图,构建了离散化燃油动态补偿器,实现了空燃比在瞬态工况下的前馈控制。     

金属带式无级变速器夹紧力控制的研究

介绍了金属带式无级变速器控制系统的主要功能,研究了夹紧力控制阀的工作特性,设计了带有前馈抗回绕的PID控制器。对所设计的夹紧力控制系统模型进行了仿真试验,并对装有该夹紧力控制器的综合控制系统进行了装车试验。结果表明,所设计的控制器能够按照行驶工况的要求控制合适的夹紧力,调节速比,可满足实际需要。     

基于非线性模型的发动机非稳态工况控制

针对发动机非稳态工况,建立了非线性模型.设计了滑模控制器和PID控制器分别对节气门开度和点火时刻进行自适应调节.对发动机怠速工况进行仿真的结果表明,发动机转速波动幅值低于6 r/min,表明所建的非线性模型适合于发动机非稳态工况控制.     

双涡轮增压系统压气机通流特性匹配方法

通过离心式压气机特性图谱分析,建立了压气机通流特性模型来表征节流线。基于压气机通流特性模型,针对车用柴油机典型工况建立了性能指标函数,从而指导增压系统匹配方案的确定。针对典型双涡轮增压系统,明确了增压系统匹配流程,建立基于压气机通流特性的匹配方法。针对某型6缸增压柴油机不同工况的性能参数指标,进行了相继增压系统和可调两级增压系统匹配计算,分别进行了大小增压器和高低压级增压器选型。通过搭建柴油机相继和可调两级增压系统试验台架,试验验证了双涡轮增压系统匹配方案,试验结果表明,所匹配的相继和可调两级增压系统能够满足不同典型工况的压比和流量要求,进而实现柴油机不同工况的性能指标,保证了柴油机全工况范围的正常运行。同时根据柴油机试验结果,以燃油经济性最优为目标,确定了相继和可调两级增压系统全工况控制策略。     

Model based burnt gas fraction controller design of diesel engine with VGT/Dual loop EGR system

-Recently, regulation of NOx and PM emission in diesel engines has become stricter and the EGR system has been expanded into a dual loop EGR system to increase EGR rate as well as to utilize exhaust gas strategically. In terms of engine combustion characteristics, burnt gas fraction is becoming an important factor of solving the NOx and PM emission reduction problem more efficiently but conventional controller focused only pressure and air flow rate targets. Unlike the previous studies, this paper describes a model based burnt gas fraction control structure for a diesel engine with a dual loop EGR and a turbocharger. Feedforward control inputs based on burnt gas fraction states aids in the precise control of diesel engines, especially in transient states by considering coupled behavior within the system. For the controller validation, a control oriented reduced order model of a diesel engine air management system is established to simplify the control input computation and its stability is proved by analysing the internal dynamics stability. Then, a sliding mode controller is designed and controller robustness at certain operating points is validated using an HiLS bench.     

基于MATLAB的ABS控制仿真研究

ABS是一种变工况、非线性的系统,且建模难度大。分别采用PID控制、模糊PID控制两种方法对单轮汽车模型进行了模拟仿真。其中模糊PID控制可以利用模糊控制规则对PID参数进行在线修改,因而具有较好的自适应能力,可以达到非常好的控制效果。     

超高压共轨系统轨压控制策略研究

为稳定控制超高压共轨系统中的共轨腔压力并缩短轨压控制算法的开发周期,利用AMESim/Simulink联合仿真技术建立了超高压共轨系统轨压控制仿真模型,采取前馈+PID控制算法设计了轨压控制策略,并针对轨压控制中的瞬态和稳态工况进行了仿真计算,最后在试验台架上开展了轨压跟随性测试。结果表明:所制定的前馈+PID控制算法能使轨压稳定在目标轨压附近,上下波动小于3 MPa,且轨压突变时瞬态响应时间小于0.5s,控制结果能够满足超高压共轨系统对精度和速度的需求。     

车用汽油机初始喷油脉谱的仿真标定

针对传统台架试验法标定初始喷油脉谱缺乏严格的科学性、效率较低的缺点,提出了基于汽油机模型仿真标定初始喷油脉谱的控制策略。以Matlab/Simulink为平台,构建由汽油机模型和比例积分控制器组成的初始喷油脉谱标定用模型,并验证其有效性。在此基础上,通过调整比例积分控制器的相关参数控制外部负荷以稳定汽油机转速,进而获取相应工况下的喷油脉谱数据。为简化标定过程,设计相应程序自动调用标定模型进行动态仿真。结果表明,该策略明显缩短了开发周期,降低了费用,从而提高了标定效率,为汽油机的标定优化提供了可能性。     

双离合器自动变速器换挡过程的内模控制

为提高双离合变速器的换挡过程平顺性,提出内模控制方法,提高离合器转速差的跟踪精度。设计转矩干扰补偿器来减小发动机端与负载端转矩扰动的影响,并基于平滑可微的参考转速差设计超前校正控制器。即使存在模型不确定与干扰,内模控制系统能维持稳定。仿真与台架实验结果表明,在不同参考输入与模型参数情况下,所提出的控制器均能达到较小的跟踪误差和平顺的换挡效果。     

基于BP-PID控制器的盾构液压推进控制系统研究

为解决盾构在复杂地层施工时推进速度和压力难以控制的问题,在压力流量控制的基础上提出BP神经网络控制策略。通过AMESim建立推进系统物理模型,并利用Simulink设计出BP神经网络控制器,最后对系统进行联合仿真,分析推进系统液压缸在变流量和变负载工况下推进速度和压力的响应特性。仿真结果表明:该控制策略与常规PID控制相比,波动幅度降低,调节时间快。采用BP神经网络PID控制能够有效地提高盾构在负载突变情况下速度和压力控制精度,稳定性好、适应能力强,为盾构控制系统设计和优化提供理论参考。     

直喷汽油机电控喷油系统的开发研究

开发了汽油直喷发动机电控喷油系统,选取飞思卡尔MC9S12DP512MPVE单片机作为发动机ECU的主控芯片,设计了喷油驱动电路模块,制订了不同工况下喷油控制策略.发动机试验证明,该电控喷油系统能提供不同工况所需喷射压力,符合设计的喷油控制策略,能够可靠保证发动机的喷油性能要求.     

增压汽油机不同排气歧管长度下的压力波动特性

利用台架试验数据校准了增压直喷汽油机一维性能仿真模型,应用校准后的模型研究了低速(1 500r/min)全负荷工况不同排气歧管长度下排气阀口与涡轮机入口处的压力波动特性,并对压力波动形态与低速增压压力的建立、瞬态响应、缸内充气效率等的关联性进行了深入分析。研究结果表明:在现有排气歧管结构形式下,在低转速宜采用较短歧管,从而有望获得更高的增压压力和扭矩;相继工作的气缸不宜在涡轮机前共用一根排气总管,否则容易引起废气倒流,而且歧管越短倒流越严重;排气歧管中的压力波在传向涡轮机入口过程中被"均值化",不能充分应用排气压力波动效应来提高低速扭矩和改善增压延迟。     

基于PWM控制的电涡流测功机控制器的开发

以摩托罗拉16位单片机为控制器的控制单元、以功率MOSFET为功率驱动器件、以智能PID算法为控制策略,采用嵌入式实时操作系统μC/OS-Ⅱ,进行电涡流测功机控制器的设计开发,包括控制器硬件、软件和控制算法的设计.试验结果表明,控制器的控制效果良好,完全满足发动机台架试验对控制性能的要求.