基于“V”模式柴油机控制策略研究及原型验证

作     者：肖维 

作者单位：天津科技大学 

学位级别：硕士

导师姓名：薛薇

授予年度：2016年

学科分类：080703[工学-动力机械及工程] 08[工学] 0807[工学-动力工程及工程热物理] 

主      题：高压共轨 模糊-PID 智能积分 分数阶控制器 "V"模式 

摘      要：近50年以来,能源问题日益对全球经济政治发展趋势产生显著影响,而石油资源逐步枯竭也是全人类必须面对的事实,目前在全球领域内对于这种状况还没有效的解决办法。所以,从改进技术方面来全面实现能源节约,把石油资源的总体消耗水平降低,是一个正确的选择。因此,低油耗柴油机的研发成为各国共同研究方向。低油耗是高压共轨柴油机系统的特点,在现阶段,高压共轨柴油机共轨压力和怠速工况的闭环系统主要运用常规PⅠD控制策略,虽然常规PⅠD算法结构简单,适应能力强,但由于柴油机本身的工况非常复杂,如果只用常规PⅠD控制策略难以满足现实需要。本文首先基于V模式开发流程下建立柴油机模型,通过模块化建模技术,将柴油机本体模型划分为气缸子系统、冷却系统、供油系统、进气系统等模块,再构建高压共轨柴油机(通过平均值模型)物理模型。由MATLAB/Simulink仿真软件进行高压共轨柴油机模型的设计与建立,实现模型验证。另外,分析以脚踏板开度、转速、冷却水温度等传感器采集量为输入量,以轨压、喷油最佳提前角(喷油时间)和喷油量这些电控参数为被控量所建立的高压共轨柴油机(ECU)模块的工作原理。在上述工作基础上,本文对PⅠD、模糊-PⅠD、智能积分PⅠD(即:PⅡD)和分数阶智能积分PⅠD(即:PⅡλD)几种控制策略进行研究,对原模型里的怠速工况闭环控制和共轨压力闭环控制模块中的常规PⅠD控制策略进行改进。在怠速模块里,分别采用常规PⅠD控制和模糊-PⅠD控制两种算法进行离线仿真,仿真结果表明:模糊-PⅠD控制算法优于常规PⅠD控制,能够有效改善怠速控制系统的性能。在轨压模块里,采用常规PⅠD、PⅡD和PⅡλD三种控制算法进行离线仿真,仿真结果表明:PⅡλD控制策略优于常规PID和PⅡD控制策略。最后,本文用提出的模糊-PⅠD控制器和PⅡλD控制器替代常规PⅠD控制器,建立高压共轨柴油机新模型。并分别对新模型和原模型在测试与分析设备(Testbasic)上进行软件在环仿真,仿真结果表明:采用模糊-PⅠD和PⅡλD控制器的高压共轨柴油机新模型比原模型的控制效果好。