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基于转矩的汽油机控制算法研究

作　者: 洪木南
导　师: 欧阳明高
学　校: 清华大学
专　业: 动力工程及工程热物理
关键词: 汽油机转矩估计转矩控制转速摔制车速控制
分类号: TK412
类　型: 博士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

转矩管理系统采用转矩作为统一的标准接口，能在不同的模块之间便捷地进行信息交换，使用简单的标定过程，并可方便地进行模块化管理，因此受到了极为广泛的关注。本文以日本计测与自动控制协会(SICE)提出的2008年度基准问题为背景，在基于转矩的电控汽油机控制上，应用现代控制理论设计和分析方法，展开了系统性的研究。本文首先在常规汽油机平均值模型的基础上发展出面向转矩生成的汽油机转矩模型，根据该模型分析了转矩生成的影响参数，对模型参数的辨识方法进行了深入的探讨。对转矩模型进行了适当简化，显著降低了参数标定量。基于转矩模型，分别提出了开环和闭环转矩估计方法，其中，闭环估计方法引入了在线转速反馈修正，对转矩模型精度要求不高，可使用简化的转矩模型。考虑转矩反馈信号的不同获取方式，分别针对开环估计转矩反馈、闭环估计转矩反馈、传感器测量转矩反馈，设计了基于模型的闭环转矩控制策略。各种转矩反馈下的闭环控制策略均采用非线性模型前馈加PI反馈的结构。其中模型前馈提供了系统的稳态输入值，用于补偿系统的非线性部分，而剩余的线性偏差部分，则由PI反馈进行修正，无需进行局部建模和局部控制器设计，适用于所有的发动机工况范围。由于具备反馈，前馈模型可使用简化的转矩模型。将基于转矩的控制思想应用于发动机转速(或车速)摔制。速度控制分为两个部分：转矩管理决策部分提供发动机的目标转矩；转矩控制部分实现目标转矩输出。将发动机目标转速(或车速)通过优化方法转化为发动机的目标转矩，结合闭环转矩控制策略，设计了基于转矩的最优发动机转速(或车速)控制器。和常规控制方法的对比结果表明，基于转矩的最优控制能够达到较好的效果。以上提出的估计或摔制方法均进行了仿真或试验验证。本文的研究工作对从基于Map的转矩管理和控制过渡到基于模型的转矩管理和控制，具有十分重要的意义。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-13
第1章引言  13-29
  1.1 课题背景与选题意义  13-19
    1.1.1 基于转矩的管理系统  13-17
    1.1.2 课题的提出  17-19
  1.2 国内外研究现状及基础  19-26
    1.2.1 转矩估计  19-22
    1.2.2 转矩控制  22-25
    1.2.3 转矩管理  25
    1.2.4 课题研究现状总结  25-26
  1.3 本文的研究内容和方法  26-28
  1.4 本文的结构  28-29
第2章汽油机模型  29-51
  2.1 汽油机系统建模  30-34
    2.1.1 进气动态  30-32
    2.1.2 转矩生成过程  32-34
    2.1.3 曲轴旋转动态  34
  2.2 试验验证  34-44
    2.2.1 试验台架  34-36
    2.2.2 参数辨识  36-44
    2.2.3 模型验证  44
  2.3 转矩模型的简化  44-49
  2.4 本章小结  49-51
第3章转矩估计  51-68
  3.1 开环估计方法  51-52
  3.2 闭环估计方法  52-57
    3.2.1 问题描述  52-53
    3.2.2 进气压力可测情况下的转矩闭环估计  53-55
    3.2.3 进气流量可测情况下的转矩闭环估计  55-57
  3.3 仿真验证  57-59
    3.3.1 用于算法验证的基准模型  57
    3.3.2 转矩估计仿真验证  57-59
  3.4 台架试验验证  59-67
  3.5 本章小结  67-68
第4章转矩控制  68-85
  4.1 开环估计下的转矩反馈控制  68-72
    4.1.1 控制算法设计  68-70
    4.1.2 仿真结果  70-72
  4.2 闭环估计下的转矩反馈控制  72-79
    4.2.1 闭环转矩估计方法简化  72-74
    4.2.2 控制算法设计  74-75
    4.2.3 系统稳定性分析  75-76
    4.2.4 仿真验证  76-77
    4.2.5 台架试验验证  77-79
  4.3 转矩可测时的转矩反馈控制  79-84
    4.3.1 控制算法设计  79-82
    4.3.2 仿真验证  82-84
  4.4 本章小结  84-85
第5章基于转矩的最优速度控制  85-104
  5.1 基于转矩的发动机转速控制  85-96
    5.1.1 目标转矩决策  86-87
    5.1.2 最优化问题的求解方法  87-88
    5.1.3 全局优化方法  88-91
    5.1.4 局部优化方法  91-96
  5.2 基于转矩的最优车速控制  96-103
    5.2.1 车辆动力学模型  96-97
    5.2.2 目标转矩决策  97-100
    5.2.3 仿真结果  100-103
  5.3 本章小结  103-104
第6章总结与展望  104-107
  6.1 本论文总结  104-106
  6.2 展望与建议  106-107
参考文献  107-114
致谢  114-115
个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果  115-116

基于转矩的汽油机控制算法研究

内容摘要

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