《毕业设计论文发动机怠速PID控制研究》由会员分享，可在线阅读，更多相关《毕业设计论文发动机怠速PID控制研究（39页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、盐城工学院毕业设计论文 2006 毕业论文发动机怠速PID控制的研究专 业 机械设计制造及其自动化 学生姓名 班 级 B机制021 学 号 指导教师 完成日期 2006年6月15日 发动机怠速PID控制的研究摘要: 汽车发动机怠速是指发动机对外不作功，以较少的能量消耗来保证发动机能够低速运转。但由于受使用条件的影响，发动机怠速转速会出现变化，导致发动机运转不稳定甚至出现熄火现象。发动机怠速控制的优劣是影响发动机的排放性能和燃油经济性水平最重要的环节。因此，对汽车发动机怠速进行控制具有十分有意义的。论文首先介绍了国内外研究的现状及汽车发动机怠速工况的运行特点。根据对国内外汽车发动机怠速模型的综述
2、分析，提出了本文发动机怠速模型。经过对PID控制的优缺点的分析，提出了汽车发动机PID控制策略，讨论了控制器参数的整定方式根据给定的参数和技术要求，利用Matlab软件及Simulink工具强大的运算/绘图功能可视化的操作界面，对汽车发动机怠速PID控制进行了仿真。分析了控制器的参数对系统特性的影响。结果表明发动机怠速PID控制技术具有结构简单、稳定性好、工作可靠调整方便等优点。关键词:发动机；怠速；PID控制； Matlab/simulink； 汽车The engine idling to the PID control studiedAbstract : Engine idling eng
3、ine work in a low speed, with less energy consumption to ensure. But as the varing of the operation conditions, engine speed changes too, which leads to instability and even stopped. Engine idling engine is the key to affect the level of emission performance and fuel economy. Therefore, the control
4、of engine idling is very important. The thesis presentes engine idling operational features. Based on the analysis of model car engine idling at home and abroad, a idling model is proposed in this thesis. After analysis of the advantages and disadvantages of PID control, the engine PID control strat
5、egy is used in this paper, the controller parameters will be adjusted to the given parameters and technical requirements, using the Matlab software and Simulink tool for its powerful computation graphic. The PID control of a vehicle engine is simulated. The factors influencing the engine idling spee
6、d are discussed in the thesis. The results showed that the engine idling PID control technology has the merits of simple structure, good stability, easy adjustment, etc.Key words: Engine; Idling; PID control; Matlab/simulink; Motorcar目录1绪论11.1汽车电子技术的发展与现状21.2 怠速控制发展状况21.3 怠速控制的要求22 汽车发动机怠速控制系统42.1 怠
7、速工况分析32.2 怠速不良表现42.3 怠速控制过程42.4 怠速控制策略53 汽车发动机怠速模型63.1 国外采用的发动机怠速模型53.2 国内采用的发动机怠速模型93.3 本课题采用的发动机怠速模型104 PID控制器144.1 PID控制简介144.2 PID控制器参数的整定155 Matlab介绍165.1 MATLANB简介165.2 SIMULINK简介165.3 SIMULINK建模方法165.4 SIMULINK建模具体步骤176 基于SIMULINK的怠速PID控制仿真186.1 仿真模型的建立186.2 仿真结果分析206.3 发动机怠速稳定性分析217结论.23参考文献
8、.24致谢.26附录.271 绪 论 1.1 汽车电子技术的发展与现状 汽车工业 100 多年来一直占据发达国家支柱产业的地位。一方面，汽车工业的发展迫切需要新科学、新技术的支持；另一方面，新科学、新技术又需要找到用武之地，以扩大其产业发展。所以，从电子工业诞生开始，两者就紧密地联系在一起，成为世界工业的两大支柱。70 年代，电子技术取得了一系列突破性进展。1973年，Intel 4 位CPU I 4004和8位CPU I 8008相继问世；1975年，8位单片集成的CPU I 8048 问世；1976年，16KB RAM问世；1978年，64KB RAM问世；1979年,16位CPU I 8
9、086问世。电子工业的迅速发展为汽车电子技术的发展提供了可能。而同时,汽车保有量的增加使大气污染问题日益严重。1960年，美国加州制定了世界上第一个汽车排放污染限制法规。1968年,美国颁布了联邦排放法规。这些法规一再修订，限制越来越严格。继美国之后，欧洲和日本也相继制定出排放法规。在70年代,还发生了1973年和1979年的两次石油危机。1978年，美国又颁布了联邦燃油经济性法规。这些法规的颁布对汽车工业造成了巨大的压力。而传统的机械改良方式是无法逾越这些障碍的。在这样的历史背景下，形成了70年代汽车电子技术蓬勃发展的局面。70年代发动机电子技术发展的一些情况。在80年代,微机技术有了更长足
10、的发展。继1983年Intel 16位CPUI 8096问世后，Motorola 公司又于 1984 年和 1987 年分别推出 32位CPU MC68020 和 MC68030。与此同时,内存芯片也从 1983 年的 256KB、1985年的1MB增长到1988年的4MB RAM。微机速度、字长和内存容量的飞速增长，为以微机为“大脑”的发动机集中控制系统提供了基石。在这期间，各种发动机的控制系统功能日趋完善，且从单一的发动机集中控制，发展到包括自动变速器的动力总成控制，再发展到整车集中控制。今天,美国几乎100%的轿车都采用了电子控制;日本和欧洲紧随其后,电子控制的轿车占其出厂轿车的比率也接
11、近 100%。1.2 怠速控制发展状况汽车在城市中行驶时,经常会遇到交通拥挤的状况，此时发动机多处于怠速工况。发动机的怠速油耗约占整个工况油耗的 30% 。因此，过去人们一直以降低怠速转速为目标来改善发动机的经济性。但是，汽油机的怠速工况由于需要供给较浓的混合气，燃烧不完全，所以怠速工况是产生CO和HC有害排放物的主要工况。而且,怠速转速越低，废气的稀释作用越明显，这会使CO 和HC的排放浓度进一步增加。提高怠速转速对减少CO 和HC的排放是有利的。怠速转速从700r/min提高到800r/min，CO下降10%，HC排放量下降 15%。因此，汽油机怠速控制的目标应为在尽可能低的 CO 和 H
12、C 排放下，保持怠速工况在较低的转速下运转平稳。另外,还应考虑冷车启动、空调及电气负荷、自动变速器、动力转向伺服机构的接入等情况都会引起怠速转速的变化，使发动机运转不稳定甚至熄火。当前,对怠速控制策略的要求主要包括以下几个方面：a在所有可能的工况条件下提供理想的怠速空气量。b及时补偿发动机的负荷变化。 c防止发动机的失速。d采用维持最低怠速与减速空气量控制等方式,以取得良好的燃油经济性。e采用急减速时增加空气量等方式改善排放.f对于零件老化及各车异性等所致的差异能自动地进行补偿，以减少周期性调整的要求.g改善车辆的可驾驶性.传统的化油器采用单独的怠速系，由怠速空气量孔和怠速孔共同调节以供应怠速
13、时较浓的混合气，保持怠速工况稳定。但是这种机械式的调节方式无法满足上述要求，很难满足使发动机在复杂的外界条件下保持怠速稳定、排放良好的目标。电控汽油机在怠速工况时除了将怠速转速适当提高以降低CO和HC以外，还可以通过调整怠速空气量与喷油的匹配将怠速转速控制在一个比较稳定的水平上,这样控制的弹性很大,可以适应复杂的外界环境。1.3怠速控制的要求“怠速控制”就是通过控制怠速工况的供气量及相应的供油量和点火提前角，使发动机能以一个最佳的怠速转速稳定运转，同时能够平稳地实现由怠速工况向负荷工况(或相反，由负荷工况向怠速工况)的过渡。怠速控制的好坏同发动机的怠速稳定性、燃油经济性和排放性能都密切相关。怠
14、速控制是发动机电子综合控制技术的重要组成部分。在交通密集和拥挤的城市，汽车经常停车而发动机怠速运转。据统计,汽车耗油量的30%消耗在怠速工况,降低怠速油耗将有助于节能.怠速工况缸内残余废气比例增多,要用较浓的混合气，故CO和HC排放污染也增多.在怠速状态下,有时还会出现发动机转速周期性的变化，即所谓游车现象。从广义角度理解，怠速运行这一范畴，不仅是指发动机节气阀关闭(只有少许空气通过节气阀缝隙或经过旁通空气阀进入发动机)汽车处于空档时的发动机空转状态，它也包括了由空转向负载运行过渡初期发动机转速较低的工况。在发动机空转时，其转速决定于指示扭矩与机械损失扭矩的平衡。就机械损失来说，包括发动机内的摩擦损失、附件及所带动的一些外部设备(如空调压缩机、动力转向泵等)的驱动损失。前两项可以说是基本机械损失，其大小随发动机温度状况(以冷却水温为标志)和发动机新旧程度而变化，后者则是随机加入的.就发动机的指示扭矩来说，在空燃比和点火正时相应调整合适的情况下，它决定于进气空气量。因此对于一定的基本机械损失状况，改变怠速供气量(旁通空气阀通路)就可以改变基本怠速转速。从燃料经济性来说，此怠速转速宜取低，但从负载工况过渡的圆滑性和发动机尾气排放考虑，则宜适当提高怠速转速。怠速供气量越低，相应的空燃比越小，CO和H
