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翻译热膜式空气流量传感器的非线性动态建模的改进
┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 装 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 订 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 线 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 第 PAGE \* MERGEFORMAT 7 页 共 NUMPAGES \* MERGEFORMAT 7页 页 热膜式空气流量传感器的非线性动态建模的改进 摘要 发动机的运行过程需要空气流量传感器准确的测量脉动气流。因此空气流量传感器必须拥有最快的响应速率。学习MAF的动态特征是必要的。在本文中作者使用两个以前改进过的设备和方法来获得准确的传感器响应数据。在Hammerstein 和 Wiener 形式中,静态和动态分离建模方法被用来建立热膜式空气流量传感器的统一的非线性动态模型。它能够描述大/小流速和正/负阶跃响应。实物和模型的响应被用来计算MAF的性能指标。 关键词 热膜式空气流量传感器 非线性动态模型 Hammerstein模型 Wiener模型 性能???标 简介 热膜/线式质量空气流量传感器在测量汽车发动机系统进气量中变得普遍。根据热膜/线式质量空气流量传感器知识,发动机电子控制单元(ECU)生产信号来控制燃油喷射量和获得最佳空燃比(A/F)。一般来说,热膜式空气流量传感器的响应时间 短,但缺乏鲁棒性。尘埃和污垢粒子经过空气过滤器可以损坏非常薄(约70μm)的热膜。此外,热膜式空气流量传感器不具有方向敏感,所以流速信号是“矫正的”。目前热膜式空气流量传感器广泛应用与发动机系统中。然而对于传感器来说,在瞬态工况下检测空气进气量的快速变化是困难的,因为它的响应速度相对缓慢。在相同时间,准确测量大质量空气流量同样困难,因为它的非线性特征。因此我们必须了解热线式空气流量传感器的非线性动态特性,并建立它的数学模型,该模型有利于准确预测空气进气量和合理设计空燃比控制器。本·拉徳开发了一个TARMAX()模型来预测热膜式传感器的响应。因为TARMAX结构通过使用序列的线性系统,使其在某个时间点允许近似的非线性系统,他用这种线性时变模型来描述热膜式传感器的非线性特征。作者基于多振幅的阶跃响应提出了一个用两阶段识别的方法来建立热式传感器的非线性动态模型。但是关于热膜式传感器的非线性动态建模任然有一些问题。(1)因为不同的实验条件,传感器响应必须分三类,即正阶跃输入和负阶跃输入下的大/小流速,所以要建立三个模型来描述这种情况。(2)在模型中,阀门会使输入流量不是一个理想的一阶形式,但它的作用不被考虑。(3)Hammerstein形式仅仅被用来建立热膜式传感器的模型。(4)不能用计算出来的性能指标描述热膜式传感器的特性。针对这些局限性,首先我们改进实验设备和方法来获取可以准确表达传感器特性的实验数据。其次,我们在Hammerstein和Wiener形式下建立一个统一的模型来代表大小和正负阶跃流动时传感器的响应。然后,比较不同的导向模型。最后提出传感器性能指标的值。 2·实验设计 2.1·改进实验设备 我们在中国合肥工业大学机械和汽车工程中做热膜式MAF的动态和静态标定实验。基于作者以前的工作,实验设备和方法被改进以准确反映传感器特性。(1)为了降低气流脉动,以前160L的空气罐被2m3的空气罐取代。(2)以前的电磁阀门被一个快速的手动阀门取代。该阀门是我们自制的一个快速锥形三重阀门,它能够快速打开或关闭气流。同时在动态标定实验中剔除层流流量计,因为它会延缓气流的快速变化。这些改进项目有利于生成热膜式MAF相对理想的阶跃输入信号。(3)在手动阀门上安装一个电磁式旋转速度传感器,阀门的运动会使旋转速度传感器产生一个脉冲信号作为传感器响应的起始点。 2.2·静态标定实验 图1. 静态标定实验装置 如图1,该实验装置用于MAF的静态特性测试。它由一个15KW的空气泵,一个2m3的空气罐,一个直径60㎜的直管,一个调整阀,一个Bosch公司生产的型号为HFM5的热膜式空气流量传感器,一个CLC-100型层量流量计和YJB-1500型微压计,及检测设备组成。测试设备包括:一个MS8050数字电压表和一个TDS2024数字示波器,它们用来测量和记录传感器输出;一个温度计,用于测量管端口的空气温度;一个测量室温的温度计,一个气压计,一个湿度计来测量环境参数。 气流通过测量流量计、MAF和阀门,然后进入空气罐。最后,气流被气泵从空气罐中抽出来。气流流速被测量流量计测量,并被微压计以不同压力的形式显示出来,其单位为mm水柱。在静态标定实验中,35个测试点在0到91.5778g/s范围内选择。当微压计的度数在0到10mm水柱之间时,每隔1mm水柱选一个点。12到20mm时,每2mm取一个点。25到120mm之间时,每5mm取一个点。当实验开始时,微压计的零点被调整
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