基于PID的柴油机ECU轨压控制研究

论文摘要

ECU是柴油发动机的重要组成部件,主要实现对共轨压力、喷油量及喷油定时的实时控制。共轨压力不仅决定了喷油压力的高低,而且是喷油计量的重要参数,其稳定性和过渡响应直接影响发动机起动、怠速、加速等性能。因此,对共轨压力的控制是ECU技术中的一个重点和难点。在柴油机起动和关机阶段,对轨压采用开环控制。起动时,ECU根据发动机转速和温度查MAP后,直接输出体积流率；关机的时候则直接输出一个标定好的常数。正常工况时,采取基于专家系统的PID控制算法对共轨压力进行控制,将目标轨压值与实际轨压值比较,根据两者之差,通过PID控制算法求得计量单元体积流率,最后根据体积流率得出电磁阀的占空比,其中,PID参数是根据转速和系统温度的不同实现自适应。在控制过程中,还应用了积分分离和部分微分等方法,减小了系统的超调量和高频干扰,使控制性能更为理想。根据最小系统功能需求,设计、测量了油泵在0MPa、20MPa、30MPa、50MPa和80MPa压力下不同转速时的出油量。同时,测量了轨压传感器在0—120MPa时的特性数据和喷油器分别在30MPa、50MPa、70MPa和90MPa时不同脉宽下的出油量和回油量。围绕轨压控制策略,应用模块化的软件设计思想,设计实现了轨压控制底层程序、应用层程序和MAP查询程序。底层程序主要完成AD采集,PWM驱动和转速采集等任务；应用层程序的设计则是基于起动、正常和关机三种工况,完成轨压控制策略；MAP查询程序应用线性插值的方法,完成了MAP图的二维和三维查询。在32位ECU上,以DK4A发动机为控制对象,进行了起动、怠速、加速和小负荷试验,轨压均稳定在设定值左右,误差保持在正负1—2MPa。同时,在喷油试验台上,以DV6的系统为基础,进行了动态轨压试验,轨压的动态响应时间在20ms以内,误差为正负1—2MPa。试验结果表明,所设计的控制方法和软件能够可靠运行,轨压控制达到了预期效果,具有较高的实用价值。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 课题目的和意义
• 1.3 高压共轨柴油机电控喷油系统发展现状
• 1.3.1 国外高压共轨电控喷射系统研究现状
• 1.3.2 国内高压共轨电控喷射系统研究现状
• 1.4 本文工作
• 第二章 轨压控制理论及应用
• 2.1 PID控制原理
• 2.2 数字PID控制原理
• 2.3 基于专家系统的PID控制
• 2.4 积分分离PID控制
• 2.5 不完全微分PID控制
• 2.6 带死区的PID控制
• 2.7 PID在轨压控制中的应用
• 2.8 本章小结
• 第三章 轨压控制策略及MAP图的测取
• 3.1 电控系统组成与原理
• 3.1.1 电控系统组成
• 3.1.2 ECU工作原理
• 3.2 轨压控制策略
• 3.2.1 概述
• 3.2.2 共轨压力采样周期选择
• 3.2.3 共轨压力闭环控制周期选择
• 3.2.4 压力调节方式
• 3.2.5 起动轨压控制
• 3.2.6 起动后轨压控制
• 3.2.7 关机轨压控制
• 3.3 轨压控制相关量计算
• 3.3.1 轨压设定值
• 3.3.2 轨压实际值
• 3.3.3 计量单元体积流率
• 3.3.4 计量单元设定电流
• 3.3.5 计量单元PWM周期和占空比
• 3.4 燃油系统主要传感器、执行器特性测取
• 3.4.1 高压油泵特性测取
• 3.4.2 轨压传感器特性测取
• 3.4.3 喷油器特性测取
• 3.5 本章小结
• 第四章 轨压控制及相关软件设计
• 4.1 ECU软件系统
• 4.1.1 软件系统设计思想
• 4.1.2 前后台式软件设计
• 4.1.3 基于嵌入式系统的软件设计
• 4.1.4 ECU软件总体设计
• 4.2 数据表和MAP图的存放格式及查询算法程序设计
• 4.2.1 数据的存放格式
• 4.2.2 查询算法程序设计
• 4.3 轨压控制底层程序
• 4.3.1 AD采集子模块
• 4.3.2 PWM驱动子模块
• 4.3.3 转速采集子模块
• 4.4 轨压控制应用层程序
• 4.5 本章小结
• 第五章 程序测试与试验验证
• 5.1 试验验证
• 5.1.1 试验条件
• 5.1.2 试验方法
• 5.1.3 起动轨压控制
• 5.1.4 怠速和小负荷轨压控制
• 5.1.5 喷油试验台验证
• 5.2 程序测试遇到的问题
• 5.3 本章小结
• 第六章 总结与展望
• 6.1 工作总结
• 6.2 展望
• 参考文献
• 攻读学位期间参与的课题及成果
• 致谢