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汽油发动机怠速控制方法研究

王帅  
【摘要】:怠速工况是汽油发动机的重要工况之一,汽油机约有30%的燃油是消耗在怠速工况中,所以汽油机怠速工况的控制研究一直是个热点。怠速控制(Idle Speed Control,简称ISC)的主要目的是在满足汽油机怠速排放性的基础上,使发动机的转速稳定在期望的转速。发动机在怠速工况下受多种外部负载影响,其中主要的是四种:汽车空调,电动助力转向,变速齿轮和交流发电机。这些外部负载的变化都会造成发动机转速的波动,严重的甚至会导致发动机的熄火,所以怠速时提高发动机对干扰的抑制能力尤为重要。 本文以4缸发动机为研究对象,通过汽油机的平均值模型在Simulink中建立了其仿真模型。并利用德国的发动机专业仿真软件enDYNA验证了该模型的准确性。然后选取节气门开度和点火提前角为控制输入量,发动机转速和进气歧管压强为状态变量,发动机转速为输出量,建立了两输入单输出的系统状态方程。对建立的发动机非线性数学模型在参考工作点处进行了线性化,通过与原非线性模型的比较,验证了该线性模型的正确性。 针对线性化的发动机怠速模型,设计了具有输入约束的状态反馈控制器。由于在设计该控制器时存在保守性,使得系统对干扰的抑制能力存在一定的不足。因此,本文还设计了基于MIMO系统干扰观测器(DOB)的补偿控制器,这样就对系统设计了输入约束H_∞状态反馈控制和干扰观测器的复合控制器。仿真实验时考虑了四种干扰力矩,并分别在开环、输入约束的状态反馈控制器、输入约束的状态反馈控制与干扰观测器的复合控制器等控制方法下进行的,仿真结果表明,H_∞控制与DOB的复合控制能有效地抑制干扰对系统性能的影响,提高了系统的鲁棒性。


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