基于MATLAB的汽油发动机空燃比控制方法研究

基于MATLAB的汽油发动机空燃比控制方法研究

论文摘要

汽车空燃比控制和点火提前角控制是发动机控制系统中的两个重要问题。为了使汽车满足一定的排放要求,同时具有良好的驾驶性能,需要对发动机的空燃比和点火提前角进行控制。这是因为三元催化转化器的转化效率在可燃混合气的化学当量比上达到最高,所以需要控制发动机的空燃比在这一理论值附近,减少废气排放。对发动机的转速进行有效控制同样也是发动机控制系统中的一个重要问题,不仅能够柔性的体现发动机的动力性能,而且还能够节省燃料从而提高发动机的经济性能。本文首先利用Matlab/simulink建立发动机系统模型及控制系统模型。由于发动机控制系统是一个多输入多输出的非线性系统,空燃比控制系统的模型具有参数不确定性和时变非线性,传统的辨识模型的方法很难应用。为此,本文考虑针对发动机不同工况下的运转特性,分别使用不同的控制算法。基于神经网络的控制算法简单,鲁棒性较强,适合于发动机这样的在瞬态工况下有纯时滞的非线性对象,本文选用自适应能力更强、学习更快、效率更高的BP神经网络控制算法;基于参数模糊自整定PID控制算法具有动态跟踪品质好和稳态精度高且对控制系统参数调整不太敏感等优点,本文将此算法应用于热机怠速工况中;在稳态控制工况中,本文采用被广泛应用的MAP图控制方法,而区别以往MAP图控制方法的是该方法是经过神经网络算法优化后的控制精度更高的控制方法。其次本文建立了发动机仿真标定模型,并利用仿真标定的方法替代部分的实机试验获得初始MAP数据。在对初始MAP数据的优化处理中引入人工智能神经网络预测法。从过程上看该方法似乎有点繁琐,但利用MATLAB提供的神经网络工具箱,使得神经网络的设计和训练过程都比较简单,更重要的是神经网络能够利用到所用的数据信息。再考虑发动机的强非线性因素,所以从这一点来讲,传统的线性插值法肯定是不精确的。而神经网络在非线性映射方面恰恰是它的优势所在,所以从理论上来讲,利用神经网络预测法来对喷油MAP初始数据进行处理是更可靠的最后本文基于MATLAB/GUIDE图形界面开发环境自制了针对发动机开环控制、闭环控制及仿真标定的图形用户界面,该界面使得在发动机控制系统运行过程中,数据输入变得简单、直观。在该界面上通过调用控件以及设计各控件的回调函数,可以实现发动机建模及仿真系统人机交互界面设计。可对控制系统进行快速的仿真标定和获得初始MAP。

论文目录

  • 摘要
  • Abstract
  • 第1章 绪论
  • 1.1 引言
  • 1.2 发动机空燃比控制系统的发展状况概述
  • 1.2.1 汽车发动机空燃比控制简介
  • 1.2.2 发动机空燃比控制方法综述
  • 1.2.3 空燃比控制要求
  • 1.3 本课题研究内容
  • 第2章 发动机控制方法研究及模型建立
  • 2.1 空燃比的控制
  • 2.1.1 电控汽油喷射系统空燃比的重要性
  • 2.1.2 空燃比的控制策略
  • 2.2 点火提前角的控制
  • 2.2.1 点火提前角及其优化
  • 2.2.2 点火提前角控制参数的优化匹配
  • 2.3 发动机模型建立
  • 2.3.1 气路及油路模块
  • 2.3.2 进气与压缩冲程模块
  • 2.3.3 定时和曲轴位置检测模块
  • 2.3.4 动力输出模块
  • 2.3.5 氧传感器模块
  • 2.4 模型发动机的仿真调试
  • 2.5 本章小结
  • 第3章 基于神经网络的空燃比建模及控制算法研究
  • 3.1 BP网络的结构及数学描述
  • 3.1.1 BP算法原理
  • 3.1.2 BP网络的前馈计算
  • 3.1.3 BP网络权系数的调整规则
  • 3.2 空燃比神经网络模型辨识
  • 3.2.1 批量训练算法
  • 3.2.2 输入变量的确定及处理
  • 3.2.3 神经网络结构的确定
  • 3.3 空燃比神经网络控制
  • 3.3.1 逐步训练算法
  • 3.3.2 控制策略
  • 3.3.3 训练数据和泛化性
  • 3.3.4 神经网络结构的确定
  • 3.3.5 时滞补偿
  • 3.4 本章小结
  • 第4章 模型机仿真标定与初始MAP的获取
  • 4.1 模型机仿真标定实验
  • 4.1.1 标定实验模型的建立
  • 4.1.2 初始喷油MAP数据的标定
  • 4.2 喷油MAP数据的处理
  • 4.2.1 线性插值处理法
  • 4.2.2 神经网络预测法
  • 4.2.3 两种处理方法的比较
  • 4.3 发动机建模与仿真标定系统
  • 4.3.1 发动机开环控制模型仿真模块
  • 4.3.2 发动机闭环控制模型仿真模块
  • 4.3.3 发动机基本MAP仿真标定模块
  • 4.4 本章小结
  • 第5章 模型机控制器建立及其模块划分
  • 5.1 模块划分
  • 5.1.1 稳态部分负荷工况控制模块
  • 5.1.2 瞬态工况控制模块
  • 5.1.3 怠速工况控制模块
  • 5.1.4 工况判断模块
  • 5.1.5 点火系统控制模块
  • 5.2 综合仿真实验
  • 5.2.1 正常情况
  • 5.2.2 输入噪声情况
  • 5.3 本章小结
  • 第6章 结论和展望
  • 6.1 结论
  • 6.2 未来工作展望
  • 参考文献
  • 致谢
  • 相关论文文献

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