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《武汉理工大学》 2002年
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柴油机中压共轨综合系统的设计及其控制策略的研究

卢兰光  
【摘要】: 柴油机以它的高效率,在发动机中占有越来越大的比重,随着能源及环保法规要求越来越苛刻,电控技术在柴油机上的应用已成为必然的趋势。燃油共轨系统是公认的最有发展前途的燃油系统。配气系统的电控化也是不容忽视的。为此,武汉理工大学在经过分析之后,首次在国内提出以柴油机润滑油为工作介质的电控中压双共轨综合控制系统,并做了相应的工作。 鉴于首次研究综合系统,本文首先建立了一套实用于2135G柴油机的综合控制系统试验台架,其中包括液压回路、燃油回路、电控系统和模拟柴油机。在设计过程中,详细分析了液压回路各个部件的功能以及它们的设计或选型原则,为今后实机设计提供指导。然后,采用目前工程技术上较为流行的功率键合图法对建立的液压回路进行建模,并用MATLAB SIMULINK仿真计算,为今后设计提供理论依据。 本文针对综合控制系统试验台架编写了一套控制软件框架,实现了电控喷油系统和电控配气系统的协同工作。软件基本上包含了从柴油机起动到停车过程中所有工况模块。在台架上模拟柴油机的控制,试验结果说明了所编写的控制软件的控制策略是可行的。为今后实机控制打下了基础。 油压的灵活控制是共轨系统的特征之一,也是关键之一。本文提出三种控制方法,即PID控制、模糊控制、模糊PID控制,对共轨油压的控制进行了研究。在PID控制研究中,采用遇限制削弱积分方法进行油压控制,并提出经验法和正交试验法相结合的方法整定PID参数,从而获得PID参数对控制影响的主次和规律,减少了试验工作量。压力的跟随试验表明采用本文的PID控制方法,压力的控制效果基本上达到要求。在模糊控制研究中,提出采用PI型及模糊控制表嵌套控制方法,基本上消除了常规模糊控制存在的静差和振荡现象。但压力跟随试验说明,低压时控制效果不甚理想。本文还结合了PID控制和模糊控制两者的优点,提出采用模糊PID控制方法控制共轨压力。压力跟随试验证明,系统在宽广的工况范围内,响应快、超调小,系统稳定,具有很好的鲁棒性。 高速强力电磁阀是电控柴油机主要的执行元件之一,其响应性能对柴油机性能有很大影响。高速强力电磁阀的响应性能除了与阀本身的结构和材料有关外,与驱动电压、驱动电路的设计密切相关,本文通过分析,首先开发出一种高低压驱动电路,高压电源是山升压式DC-DC原理获取的,低压由蓄电池本身提供,实现高压强激和低压维持的功能,电路中采用有源续流电 柴汕机中卜{轨知介系统的设训及其七川j【敝略的叭究 路进行续流,加诬了电磁阀的关闭速度;采用自举吐路,降低了场效应管对 驱动电压的要求。在高低压驱动电路的基础上又设计出一种高低压自激斩波 恒流驱动电路,该驱动电路除了具有高低压驱动电路的功能外,还具有高压 限流和低压维持电流获取方便、能量利用更为合理、阀发热更少等特点。
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