怠速工况电子节气门ANFIS控制仿真研究

论文摘要

发动机节气门采用电子控制技术,解决了节气门机械控制方式由于其动态特性的限制而很难根据汽车的不同工况相应做出精确、及时调整的问题。通过控制算法调整节气门开度,能够精确控制进气量,使发动机空燃比控制达到最优,从而实现发动机的最佳性能,提高车辆动力性和经济性,减少有害物质的排放。本文在电子节气门控制研究的基础上结合发动机怠速工况的特点,对发动机怠速稳定性控制进行了仿真研究。本文采用Bosch电子节气门,取消了传统节气门的怠速旁通阀,怠速空气流量通过节气门的开度进行控制。选用Intel公司的16位单片机80C196KB为主芯片,开发了怠速工况电子节气门控制系统的硬件电路,采用H桥LMD18200芯片来实现直流电机的正反转控制,从而实现对节气门开度的控制。根据发动机怠速工况的不确定性、非线性、时变性的特性,本文提出将自适应神经模糊推理系统（Adaptive Network Fuzzy Inference System,ANFIS）控制算法应用于怠速工况电子节气门控制系统。基于T-S模型的ANFIS借助神经网络的信息贮存能力和学习能力,通过对系统的结构辨识和参数辨识,自动地初始化模糊规则,并自适应调整前提参数和结论参数,优化控制规则、隶属函数和输出函数,从而实现对系统的有效控制。利用Matlab/Simulink建立怠速工况电子节气门控制器模型和发动机模型。基于Matlab/xPC Target构建的电子节气门硬件在环仿真系统,对ANFIS怠速控制算法的有效性进行了实时仿真验证。仿真结果表明:ANFIS控制算法用于发动机怠速稳定性的控制是可行且有效的,控制效果佳,具有良好的稳态性和动态性,满足了发动机怠速稳定性控制的要求;基于xPC Target构建的硬件在环仿真系统为怠速工况电子节气门控制系统提供了一个友好的开发和测试环境,缩短了研发周期。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究的背景
• 1.2 电子节气门控制技术的研究现状及发展趋势
• 1.2.1 电子节气门控制技术的发展
• 1.2.2 电子节气门控制策略的研究现状
• 1.3 发动机电控系统硬件在环仿真技术的研究现状
• 1.4 本文的主要工作
• 第2章 电子节气门控制系统的硬件设计
• 2.1 电子节气门结构原理
• 2.1.1 电子节气门结构
• 2.1.2 怠速电子节气门的标定
• 2.2 电子节气门控制系统的电路设计
• 2.2.1 单片机的脉宽调制输出PWM
• 2.2.2 传感器信号调理电路设计
• 2.2.3 PWM控制信号的A/D转换
• 2.2.4 硬件电路抗干扰设计
• 2.3 直流电机的驱动电路设计
• 2.3.1 直流电机控制原理
• 2.3.2 直流电机的可逆PWM系统
• 2.4 本章小结
• 第3章 怠速工况电子节气门控制器设计
• 3.1 怠速控制概述
• 3.1.1 怠速控制系统结构原理
• 3.1.2 怠速控制的基本要求
• 3.2 自适应神经模糊推理系统（ANFIS）概述
• 3.2.1 模糊控制和神经网络控制的融合
• 3.2.2 ANFIS控制策略概述
• 3.2.3 ANFIS的混合学习算法
• 3.3 基于ANFIS的发动机怠速控制系统
• 3.3.1 ANFIS怠速控制系统结构
• 3.3.2 ANFIS怠速控制器的数据训练
• 3.4 本章小结
• 第4章 怠速控制系统的硬件在环仿真
• 4.1 基于Matlab/Simulink怠速系统建模及仿真总体设计
• 4.2 发动机建模
• 4.2.1 建模方法的选择
• 4.2.2 进气歧管空气质量流量模型
• 4.2.3 燃料供给系统模型
• 4.2.4 发动机动力输出模型
• 4.2.5 发动机速度模型
• 4.3 怠速控制系统模型在Simulink中的建立及仿真
• 4.3.1 怠速控制系统模型的建立
• 4.3.2 怠速控制系统的离线仿真
• 4.4 怠速控制系统的硬件在环仿真
• 4.4.1 xPC Target软件环境简介
• 4.4.2 硬件在环仿真实验装置连接及测试
• 4.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果
• 致谢