柴油机齿条位置模糊Simth预估控制研究.pdfVIP

柴油机齿条位置的模糊Smi th预估控制研究+ 高巍周晓车元春 02 (吉林工业大学信息科学与工程学院长春1305) 【擅薹】：针对柴油机电控喷油系统齿条位置执行器的控制问题进行了研究。通过对执行器的开环特性实验， 发现执行器有严重的非线性和时变性、重复性差．且其工作特性受温度影响很大，并对执行器建立了一粗 略数学模型·针对此类对象r提出一种模糊Smith预估控制方案，以消除振荡现象并提高系统?十披控对象 参数变化的适应性．实验结果验证了此方法的有效性。 关t词t柴油机齿条位置执行器模糊S『IIith预估控制 1引言 为适应更严格的排放法规，提高柴油机的转速和比功率，降低排放、噪声和染油消耗率 己成为当前各国研究的重要课题。随着电子技术的发展，电子控制技术在柴油机上的应用愈 来愈受到重视。柴油机燃油喷射系统的电子控制是柴油机电控的主要内容．它控制的好坏直 接影响发动机的性能指标，而整个喷油系统的基本控制功能最终都要通过对齿条位移执行器 的控制来实现．因此，齿条位移控制乃是整个喷油系统的重心，改善齿条位移执行机构的控 制品质是改善发动机性能的关键。 本文采用一电磁式执行器来对喷油量进行控制。理论分析和实验结果表明，该磁电式 执行器具有严重的非线性和时变性，滞后时间常数较大，针对这样的对象，模糊控制及Smith 预估控制是常被采用的控制方法。但是．这两种方法又各自存在一定的缺陷。常规模糊控制 对对象时变及纯滞后有一定的适应性，但范围有限，控制精度不够高； Smith预估方法原 则上可以改善大纯滞后系统的控制品质，但需要精确的预估模型，否则将带来大的控制误差。 为此，本文将这几种方法结合起来，吸取各自优点，采用一种简单易行、适应性较强的控制 方法一模糊Smith预估控制来对执行器进行位置控制，并进行了大量的实验研究。 2控制系统硬件结构 本控制系统中，喷油泵为日本ZEXEL公司的MD．TICS可控预行程喷油泵；齿条位置 start 执行器为Synchro 器，与执行器合为一体。比例电磁铁的驱动采用脉宽调制(PWM)电路．一般地．PWM 信号可在执行器中产生机碱高频振颤，有利于克服摩擦和减小磁滞，提高响应的线性度．采 用PWM控制时要注意PWM频率的选取。本设计根据该磁电式执行器的工作特性．选定 ‘吉林省科技发展计划资助项目 74 反馈信号，根据偏差进行控制量的计算．最终形成高电平为24V、低电平为OV且占空比与 计算所得控制量成正比的P硼信号输出给执行器．以达到位置控制的目的。 3模糊Smith预估控制 3．1执行嚣数学模型的确定 为了解被控对象的具体性能，本文首先采用工程建模法得到执行器的模型： ∞)=六c一 其中： 七：1．8—3：T：30—46榭；f：30—40J坩． 然后在系统开环的条件下．对齿条位置执行器进行了阶跃响应的实验研究。实验表明 该执行器具有较严重的非线性、时变性及较大的滞后。采用单纯的模糊控制或是Smith预估 控制无法取得令人满意的控制效果，为此．本文采用一种简单易行、适应性较强的控制方法 一模糊Smith预估控制，将模糊控制及Smith预估控制的长处综合起来，用于齿条位置执行 器的闭环控制。 3．2控制系统的组成及工作原理 由于被控对象具有纯滞后特性．会使系统稳态性能差，且当稳态误差或跟随误差较小时 系统易产生振荡，因此．采用Smith预估器解决上述问题．但Smith预估器的最大弱点是依 靠被控对象的精确模型，因此对于缺乏精确模型或参数时交的具有滞后的过程难以得到满意 的控制效果。而模糊控制具有不依赖对象数学模型，对参数变化不敏感，鲁棒性强的特点， 因此，本文将模糊控制引入到Smith预估系统，构成模糊-Smith预估控制墨．其原理如图l 所示。 图1模糊自适应smith预估控制组成原理囤 3．3控制算法的实现 结合柴油机齿条位移控制系统实际情况，我们规定模糊控制器的输入E、言和输出 根据前面所建的执行器租略模型，选取被控对象的