基于模型辨识的柴油机电控调速系统的研究

论文摘要

随着柴油机燃料排放的环境问题和燃料的能源问题的日益突出,对柴油机电控技术在改善柴油机的动力性能、经济性能和排放性能方面的要求也越来越高。为了满足柴油机排放,节能,提高控制性能的更高要求,辨识出准确的柴油机模型,设计准确的柴油机调速控制器,研究电控系统的控制算法是很有意义的。本文主要做了以下几方面的研究工作:（1）根据柴油机控制调速原理以及输入输出变量类型,确定了柴油机电控ECU主电路,驱动电路,通信电路等硬件系统的设计方案。（2）根据柴油机工作原理,设计柴油机的调速控制策略,针对系统功能要求,结合硬件电路特点,设计了不同工况的控制模块,其中主要包括主程序设计、启动工况控制模块设计和怠速工况控制模块,正常工况燃料控制模块设计。（3）研究了柴油机的模型辨识方法,比较了开闭环的几种模型辨识方法,确定了以最小二乘法的闭环模型辨识方法,获得了柴油机的模型,对柴油机模型进行了仿真试验。探讨了基于根轨迹和Ziegler-Nichols整定法来设计了PID控制器的思路,分析控制结果,对PID算法进行改进,增加防死区,防积分饱和功能。（4）对由ECU和氧传感器组成的闭环控制下的控制算法进行了初步仿真研究。采用模糊控制理论,通过对空燃比的实时调节,相比开环控制时获得了较好的控制效果。通过柴油机现场台架实验,自行设计的ECU及控制器可以在闭环控制下对柴油机进行调速控制,基于模型辨识和参数整定的算法设计,对优化控制性能有一定指导意义。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题来源
• 1.2 课题研究的目的及意义
• 1.3 国内外相关技术发展现状
• 1.3.1 国外柴油机电控技术发展及应用现状
• 1.3.2 国内柴油机电控技术发展及应用现状
• 1.3.3 柴油机电控调速技术存在的问题及发展前景
• 1.4 本文主要研究内容
• 第2章 柴油机各工况调速系统的方案
• 2.1 引言
• 2.2 柴油机开环控制原理
• 2.3 柴油机闭环控制原理
• 2.4 燃气发动机基于氧传感器的闭环控制
• 2.5 不同工况控制策略
• 2.5.1 启动工况及控制策略
• 2.5.2 怠速工况及控制策略
• 2.5.3 恒定调速工况及控制策略
• 2.5.4 急加速工况及控制策略
• 2.6 本章小结
• 第3章 柴油机电控控制系统硬件方案设计
• 3.1 引言
• 3.2 柴油机电控ECU硬件电路的设计
• 3.2.1 ECU设计原理框架
• 3.2.2 基于MC9S12 系列ECU的设计
• 3.3 转速、曲轴转角和气缸识别电路设计
• 3.3.1 曲轴传感器工作原理
• 3.3.2 转速求取和气缸识别
• 3.3.3 转速信号调理电路
• 3.4 直线步进电机驱动电路的设计
• 3.4.1 海顿直线步进电机说明
• 3.4.2 步进电机驱动电路
• 3.4.3 步进电机驱动结果分析
• 3.5 单片机与计算机通信模块的设计
• 3.6 本章小结
• 第4章 柴油机的模型辨识
• 4.1 引言
• 4.2 柴油机系统辨识概述
• 4.2.1 柴油机建模实验步骤
• 4.2.2 采样时间的选择
• 4.3 柴油机系统开环辨识
• 4.4 基于最小二乘法的柴油机闭环辨识
• 4.4.1 柴油机系统离线辨识
• 4.4.2 柴油机系统在线辨识
• 4.5 本章小结
• 第5章 柴油机调速控制器的实现与算法改进
• 5.1 引言
• 5.2 柴油机数字PID控制的设计
• 5.2.1 位置式PID控制与增量式PID控制
• 5.2.2 带死区的PID控制算法
• 5.2.3 抗积分饱和PID控制算法
• 5.2.4 PID控制参数整定方法
• 5.2.5 PID控制软件设计
• 5.2.6 PID控制仿真与实际控制实验
• 5.3 柴油机模糊控制系统的设计
• 5.3.1 模糊控制设计
• 5.3.2 模糊控制器软件设计
• 5.3.3 模糊控制系统仿真与实际控制结果
• 5.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢