基于XC164CS单片机的发动机测功机测控系统研究

论文摘要

发动机台架性能试验,是衡量发动机动力性能和经济性能的必要手段,发动机测试台架,作为进行发动机性能试验必不可少的设备,其测量精度和自动化程度直接影响到试验能否如实反映发动机的性能,其自动化是提高发动机测试效率和质量的重要方法。本文在研究国内外发动机自动测试技术的基础上,提出了用单片机实现发动机台架试验的自动监测方案,为发动机测试设备的自动化打下了基础,该系统的设计思想、实现技术和方法具有良好的应用价值和借鉴作用。本文首先介绍了发动机台架测控系统的发展状况,简要分析了发动机测控台架的原理;在了解测功机原理及结构的基础上,对需要采集的信号进行分析,给出了发动机台架测控系统的总体设计方案;然后详细阐述了下位机的设计方案:包括传感器的选择、信号调理电路设计,同时根据系统的功能需求,选用XC164CS作为ECU,实现了CAN通讯协议和扭矩、转速等信号的采集处理及液晶显示等。发动机是一个典型的多输入、多输出、非线性、时变的复杂系统,对其建模十分困难,因此在比较了模糊控制和PID控制后,结合二者优点,采用了模糊PID控制方法。Matlab的仿真结果也表明利用模糊PID控制方法有着比常规PID控制方法更好的控制效果。最后,将研发成功的测控模块实际应用于车用汽油发动机的测试,取得了预期的效果。本文提出的车用汽油机发动机综合测控系统,其实用性、经济性在研发的过程中也作了充分的考虑,为研制发动机测试装置打下了基础。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究背景
• 1.2 发动机测控系统的国外研究现状
• 1.3 国内发动机测控的发展与现状
• 1.4 本文主要研究内容
• 第2章 发动机测控系统总体方案
• 2.1 测控参数的确定
• 2.2 测控系统的总体结构
• 2.3 系统基本功能分析
• 2.4 本章小结
• 第3章 发动机测控系统硬件设计
• 3.1 引言
• 3.2 单片机控制系统设计
• 3.3 传感器的选择
• 3.3.1 温度传感器
• 3.3.2 压力传感器
• 3.3.3 湿度传感器
• 3.3.4 磁电式转速传感器
• 3.4 油耗测量
• 3.4.1 容积法油耗测量
• 3.4.2 重量法油耗测量
• 3.5 电涡流测功机及扭矩的测量
• 3.5.1 电涡流测功机的结构与工作原理
• 3.5.2 测功机与发动机的联结
• 3.5.3 扭矩的测量
• 3.6 输入信号调理电路设计
• 3.6.1 磁电式转速传感器信号输入模块电路
• 3.6.2 扭矩的采集和处理
• 3.7 显示电路设计
• 3.7.1 液晶显示模块组成及工作原理
• 3.7.2 液晶显示模块MS240128D 与XC164CS 的接口
• 3.8 CAN 总线通信模块设计
• 3.8.1 XC164CS 中的CAN 控制器
• 3.8.2 CAN 通讯硬件设计
• 3.9 本章小结
• 第4章 测功机控制方法的研究
• 4.1 引言
• 4.2 控制算法设计
• 4.2.1 PID 控制算法
• 4.2.2 模糊PID 控制方法的原理
• 4.3 试验台模型分析
• 4.3.1 发动机与测功机联合装置建模
• 4.3.2 发动机的模型
• 4.3.3 测功机的模型
• 4.4 试验台控制系统设计及动态仿真
• 4.5 本章小结
• 第5章 发动机测控系统软件设计
• 5.1 发动机扭矩、转速信号采集程序设计
• 5.1.1 扭矩信号采集程序设计
• 5.1.2 发动机转速信号采集程序设计
• 5.2 LCD 液晶显示程序设计
• 5.2.1 状态位检测
• 5.2.2 初始化设置
• 5.2.3 汉字显示模块
• 5.2.4 数据/指令读写程序
• 5.3 清屏
• 5.4 测控系统的通信程序设计
• 5.4.1 XC164CS 中双CAN 控制器
• 5.4.2 初始化CAN 模块
• 5.4.3 发送报文处理程序
• 5.4.4 接收程序
• 5.5 模糊PID 控制器算法的软件实现
• 5.6 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文
• 致谢