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1、诚信声明本人郑重声明：本论文及其研究工作是本人在指导教师的指导下独立完成的，在完成论文时所利用的一切资料均已在参考文献中列出。 本人签名： 年 月 日毕业设计任务书设计题目： 车用柴油发动机控制系统设计与仿真分析 系部： 机械工程系 专业： 机械电子工程 学号： 112012215 学生： 指导教师（含职称）： （副教授）专业负责人： 1课题意义及目标 学生通过本次毕业设计，综合运用所学过的基础理论知识，深入了解车用柴油发动机控制系统工作原理建立系统地数学模型，并利用Matlab中Simulink工具，对系统进行仿真，给出仿真实验结果。为学生在毕业后从事机电控制系统设计工作打好基础。2主要任务
2、（1）分析车用柴油发动机控制系统的工作原理；（2）建立系统的数学模型；（3）编写matlab/simulink仿真程序；（4）调试、分析仿真结果3主要参考资料1 王顺晃，舒迪前编 智能控制系统及应用. 机械工业出版社,1995.2 陈桂明，张明照等编 应用MATLAB建模与仿真. 科学出版社，2004.3 陈桂明，张明照等编 应用MATLAB建模与仿真. 科学出版社，2004.4进度安排序号设计各阶段名称起 止 日 期1撰写开题报告并进行开题答辩2014.12.152014.12.302查阅资料了解柴油机控制系统工作原理2015.03.032015.03.303建立相关数学模型2015.03.
3、312015.04.304完成仿真程序并进行调试分析2015.05.012015.05.315撰写毕业论文2015.06.012015.06.10审核人： 年 月 日车用柴油发动机控制系统设计与仿真分析摘 要：在研究柴油机电控系统过程中，设计与仿真扮演了重要角色。本文首先介绍了柴油机未来电控技术与仿真的趋势及其发展历史。了解了系统的组成和工作原理。通过建立了系统的数学模型，在Simulink建立了相应的仿真模型，将PID加入仿真模型中，研究PID控制法对转速控制的控制作用，最后得出仿真结果。经过对PID中三种控制方式的分析与研究，可以得出结论，加入PID控制之后，系统的各项性能得到了显著的提高
4、，而且只要三个作用的控制参数选取得当，就可以充分发挥三种控制规律的优点，从而得到较为理想的控制效果。关键词：柴油机控制系统，数学模型，仿真，PIDDesign and Simulation of Diesel Engine Control System for VehicleAbstract: In the study of diesel engine electronic control system, the design and simulation play an important role. This paper introduces the trend of future and
5、 the development history of diesel engine electronic control technology and simulation. Understand the composition and working principle of the system. Through the establishment of a mathematical model systematically, corresponding simulation model is established in Simulink, and PID is added to the
6、 simulation model. Then, we study the role of PID control method for revolving speed control and obtain the result of the simulation. Through the analysis and research of three kinds of control methods for PID, it can be concluded that the performance of the system has been significantly improved af
7、ter the addition of PID control, and as long as control parameters of three effects are selected properly, it can give full play to the advantage of three kinds of control rules, resulting in more ideal control effect.Key word: Diesel engine control system, Mathematical model, Simulation, PID目 录1 绪
8、论11.1 柴油发动机电控技术的发展历史、现状及其优点11.2 仿真技术的发展及在柴油机领域的应用31.3 课题来源51.4 本文主要工作51.5 本章小结62 柴油机电子控制系统及工作原理72.1 柴油机电子控制系统的组成72.2 柴油机电子控制系统工作原理102.3 本章小结123 柴油机转速控制系统的数学模型133.1 柴油机的物理模型133.2 模型研究163.3 本章小结174 系统的设计与仿真184.1 控制器的设计184.2 MATLAB/Simulink软件介绍194.3 三种控制方式224.4 PID参数的整定264.5 本章小结345 结论35参考文献36致谢37I太原工业
9、学院毕业设计1 绪 论1.1 柴油发动机电控技术的发展历史、现状及其优点随着世界范围工业化与经济一体化迅速发展以及能源危机和环境污染的问题越来越严重，各个国家都开始走持续发展的道路，因此对内燃机的排放和节能有了更加严格的要求。近几十年来，集成电路的发展和各式各样高质量的传感器被研制出来，电子控制技术应运而生，通过这种方法，可以使柴油机内部的参数的以便捷的控制，因而可以是柴油机满足很多要求，从而良好的运行，当然也可以使柴油机“绿色化”满足可持续发展的要求。世界上生产柴油机的公司琳琅满目，而且都有各自的发展目标，但是他们有很多的相同点：大量生产直喷式柴油发动机，因而直喷式柴油机竞争也比较激烈，也促
10、进了此类柴油机缸径的由粗到细的发展；为了在竞争中取得先机也会发展各式各样的先进技术，促进了柴油机的优化。柴油机的气缸内充入的气多少直接影响到了燃烧量的多少，而涡轮增压和TAC技术可以很好的适应。喷油系统式柴油发动机的“心脏”，目前为满足日益严格的喷放法规，喷油压力不断提高，已经普遍高于100MPa；的排放不利于柴油机的绿化因此要采用相应的技术来解决，排气再循环便应运而生，可以降低废弃排放量，然而它也有缺点，其燃油的成本变高，排期之后的处理也会相应的增难，而经过不断的进展，已经可以合乎排放的严格要求；柴油机内的结构也十分的重要，结构好坏直接决定了机械效率的高低，因此机构设计优良可以提高机械效率。
11、而且柴油机内的油耗也与此有关系，因而机械效率的提高有重大的意义。当代柴油机已经不是简简单单的应用产品，其高速的发展与技术的复杂化，使得在柴油机上的工作不断的向前迈进，性能会不断的提高，应用也会逐渐广泛起来。柴油机在全球范围内的竞争不断激烈，在可持续发展的大背景下，“绿化”柴油机会成为竞争的重要筹码，当然技术也会得到不断的发展。各国政府也支持柴油机的普及，这也有助于柴油机技术的开发和技术更新，所以在今后的汽车时代，竞争的不断激烈势必导致柴油机的市场也会不断扩大，根据德国专家研究，随着柴油机的不断优化之后，会有更多的汽车搭配柴油机。例如小轿车，轻型车等。目前全球很多公司都很重视电控双轨式喷射系统，
12、其发展潜力优秀，具备齐全的功能。反观我国的柴油机发展，虽然比较晚，但是自上世纪以来有了较快的发展，不断地向外国先进的技术学习与应用，我国在柴油机发展技术的道路上也会越来越优秀。当然需要突破的领域还有很多。所以，虚心学习并且可以创新出自己的先进技术，是我国不可忽视的重要任务。汽油机虽然应用也比较广泛，但是柴油机不断的进步，式的柴油机有了很多相对的优点：成本更低、绿色环保、可靠性好等等。当然也有不如意的地方，这也是柴油机区别于汽油机的特点，但未来技术的不断先进会解决很多问题。这些优点也决定了柴油机相对于汽油机故障会更加少，因此柴油机的使用寿命要比汽油机要高很多。总之，未来柴油机技术的发展不可小觑，
13、所以发展柴油机技术是十分重要的任务。柴油机电控技术发展历史历经一个多世纪，是历代发明家智慧的结晶。图1.1 迪塞尔与他发明的第一台柴油发动机如图1.1，1905年德国发明家狄赛尔与他发明的第一台发动机，为了纪念他，柴油就是用他的姓氏来表示的。之后，经过几十年的发展与进步，1990年。德国大众开始进入人们的视线，大众公司首次推出了增压、直喷柴油机，从此德国大众一直走在世界的前沿。There is only one earth.我们只有一个地球，随着人们越来越关注环境污染的问题，而且前苏联，美国等等国家不断发展宇航业的同时也发现了，宇宙很大，但是还没有发现第二个“地球”。因此，可持续发展成了每个发
14、达与发展中国家所重视的环节，所以，对于尾气排放，对于柴油机的“绿化”也将是一个发展的重要课题。到了2004年，欧洲市场新车基本一半都是“绿色”柴油机。而电控喷射柴油机的系统也逐渐变得普遍。如图1.2为采用共轨式的柴油发动机。图1.2 采用共轨式的柴油发动机现代中柴油发动机基本都采用了共轨技术，此项技术的应用使得柴油发动机与之前老一代的柴油机有了进步。1.2 仿真技术的发展及在柴油机领域的应用在实际生产中为了可以提前预测正在研究的系统或者还未出现的系统，这时候就需要系统仿真技术的帮助。实际上如果没有现成的系统来分析没有或者已经拥有的系统时，要想办法来构建符合这些系统的特性的系统模型，通过模型的的
15、工作，可以得到这些系统的内部运行情况以及系统所拥有的特点，这样就可以预测系统的未来运行状况。系统仿真是以向具有复杂技术配合的高科技技术。而仿真的进行需要仿真系统来配合，从而完成系统的仿真。关于计算机仿真，从名字便可以看出，先有了计算机才会有仿真的发展。由于之后的历史中计算机技术的迅猛发展，同时也为仿真技术的发展提供了坚实的后盾，因此这项技术也随着时代的潮流迅速发展起来。所以计算机仿真是计算机应用的重要一环，也是设计现代化的具体体现，目前计算机仿真在现代工程设计中扮演了越来越重要的角色。总之，主要由以下几点：能够解决一般方法难以求解的大型系统的问题：（1）能够取代很多难度高或者无法实施的实验；（2）能够降低投资风险，节省研究开发花销的费用；（3）能够避免实验造成对人身或者财产的危害；（4）能
