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汽车发动机怠速控制中的鲁棒控制方法研究

作　者: 朴明姬
导　师: 刘志远
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 控制科学与工程
关键词: 发动机怠速 H_∞控制器输出约束滚动时域
分类号: U464
类　型: 硕士论文
年　份: 2008年
下　载: 147次
引　用: 2次
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内容摘要

作为发动机的重要工况之一,怠速工况与发动机的燃油消耗及排放水平有着密切的关系。怠速工况期间,会有一些突发的力矩干扰出现,例如,空调的开启与关闭、动力转向器、自动变速器等装置的加载,会使转速输出产生波动,严重时会导致熄火。发动机工作环境的变化,例如气压、温度,以及由于摩损而造成的模型参数的变化,也会对怠速的稳定性产生影响。本文主要围绕这两个控制问题,展开鲁棒控制器的分析研究。对发动机怠速建模方法进行了讨论,建立了汽油机平均值怠速模型。利用德国TESIS公司的发动机仿真软件enDYNA,对发动机部分工作参数进行了提取和拟合,并证明了模型的有效性。汽油机怠速工况下受到的干扰力矩来自于车载设备,这类干扰力矩具有不确定性和能量有界的特点。利用微分几何的方法使原非线性系统在该组状态变量下成为线性系统。本文对线性化后的怠速模型的新状态变量在汽油机系统中的物理意义进行了分析,在此基础上得出了存在外界力矩干扰的怠速模型的线性化形式。本文以LMI理论作为工具,设计了约束H∞控制器。在enDYNA环境下对发动机模型运用PID、Backstepping、H∞三种方法进行控制器仿真,分析比较控制器在不同干扰力矩情况下以及参数不确定性条件下的性能输出。在相同参数和工作环境下,滚动时域约束H∞控制器在过渡过程时间、抗干扰能力等方面都要优于其他控制器。仿真结果表明,滚动时域约束H∞控制器能够更好的满足输出约束要求,对模型参数不确定性也具有很强的鲁棒性能。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-8
第1章绪论  8-12
  1.1 课题背景  8
  1.2 怠速控制系统功能  8-9
  1.3 怠速控制控制质量评价标准  9
  1.4 怠速工况控制策略研究现状  9-10
  1.5 本文的研究工作  10-12
第2章汽油机怠速工况建模  12-25
  2.1 引言  12
  2.2 发动机建模方法简介  12-13
  2.3 汽油机怠速模型的建立  13-18
    2.3.1 气缸进气模型  13-14
    2.3.2 容积效率模型  14
    2.3.3 进气歧管压力模型  14-15
    2.3.4 摩擦力矩模型  15-16
    2.3.5 泵气损失力矩  16
    2.3.6 燃烧力矩模型  16-18
    2.3.7 转速模型  18
    2.3.8 整体怠速模型  18
  2.4 模型参数  18-20
  2.5 模型验证  20-23
    2.5.1 验证平台  20
    2.5.2 验证结果  20-23
  2.6 本章小结  23-25
第3章基于LMI 的H_∞控制器设计  25-38
  3.1 引言  25
  3.2 怠速控制的基本要求  25-26
    3.2.1 系统期望的性能  25
    3.2.2 负载干扰力矩与参数不确定性分析  25-26
  3.3 基于 LMI 的H_∞控制器设计  26-37
    3.3.1 模型线性化  26-29
    3.3.2 问题描述  29-30
    3.3.3 约束系统的H_∞状态反馈控制  30-36
    3.3.4 H_∞状态反馈控制的滚动时域实现  36-37
  3.4 本章小结  37-38
第4章 PID 与 Backstepping 控制器设计及仿真分析  38-57
  4.1 引言  38
  4.2 PID 控制器设计  38-39
  4.3 Backstepping 控制器设计  39-41
  4.4 仿真分析  41-56
  4.5 本章小结  56-57
结论  57-58
参考文献  58-61
攻读学位期间发表的学术论文  61-63
致谢  63

汽车发动机怠速控制中的鲁棒控制方法研究

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