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高压共轨柴油机模拟试验平台设计开发研究

作　者: 陈首刚
导　师: 李学民
学　校: 哈尔滨工程大学
专　业: 动力机械及工程
关键词: 硬件在环仿真高压共轨柴油机 DSP
分类号: TK427
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

高压共轨柴油机电控单元结构复杂,控制参数众多,控制策略繁琐的特点使其开发调试工作变得十分困难。而采用硬件在环仿真技术可以减少电控单元开发所需的柴油机台架试验,能快速、方便地实现电控系统的设计、开发和调试。本文开发了一套可进行柴油机动态模型实时运算,并能模拟ECU所需的各种输入输出信号的高压共轨柴油机模拟试验平台系统。在分析模拟试验平台总体需求,充分满足高压共轨柴油机电控单元输入输出接口要求和模拟柴油机工作精确性以及动态响应性的基础上,设计了以TMS320F2812 DSP高速处理芯片为核心的实时仿真模块硬件平台,该平台采用CAN总线与外界进行数据通信。利用MATLAB/Simulink软件建立了包括高压共轨柴油机模型和控制系统在内的全数字闭环仿真模型,通过对整个模型的全数字动态仿真验证了所建立的数学模型的可行性,并在系统实时仿真模块上实现了以该模型为核心的系统程序的编写。基于LabVIEW软件设计了模拟试验平台PC机监控系统。通过CAN总线,监控系统实现了柴油机动态参数数据的实时采集、参数曲线实时显示以及数据保存等功能,并可以实现对仿真运行的实时控制。高压共轨柴油机电控单元的硬件在环仿真实验结果表明,本文设计的高压共轨柴油机模拟试验平台可以较好的仿真出柴油机的各种运行工况以及共轨燃油系统的工作特性,对电控系统的控制效果实现了直观地判断和分析,能够为ECU的开发、标定提供较好的在线实时仿真环境。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-10
第1章绪论  10-17
  1.1 课题研究背景和意义  10
  1.2 柴油机电控系统模拟试验平台研究现状  10-13
    1.2.1 硬件在环仿真简介  11-12
    1.2.2 国内外研究状况  12-13
  1.3 柴油机实时仿真模型的研究现状  13-15
    1.3.1 柴油机实时仿真模型  13-14
    1.3.2 高压共轨燃油系统实时仿真模型  14-15
  1.4 本文的主要工作  15-17
第2章模拟试验平台实时仿真模块硬件设计  17-33
  2.1 模拟试验平台总体结构设计  17-18
  2.2 DSP 模块设计  18-23
    2.2.1 DSP 芯片选型  18-20
    2.2.2 电源及复位电路设计  20-21
    2.2.3 晶振电路设计  21
    2.2.4 JTAG 接口设计  21-22
    2.2.5 存储器扩展电路设计  22-23
  2.3 高速接口模块设计  23-27
    2.3.1 转速和判缸信号输出模块设计  23-24
    2.3.2 工作状态输出模块设计  24-25
    2.3.3 控制信号采集模块设计  25-26
    2.3.4 负载设定模块设计  26-27
  2.4 CAN 总线通讯模块设计  27-31
    2.4.1 F2812 内置eCAN 模块概述  27-29
    2.4.2 CAN 通信模块硬件电路设计  29-30
    2.4.3 串行通信模块硬件电路设计  30-31
  2.5 硬件电路抗干扰设计  31-32
  2.6 本章小结  32-33
第3章高压共轨柴油机动态模型的建立及仿真  33-55
  3.1 柴油机数学模型  33-43
    3.1.1 建模方法的选择  33-35
    3.1.2 涡轮增压器模型  35-38
    3.1.3 柴油机本体模型  38-42
    3.1.4 柴油机动力学模型  42-43
  3.2 高压共轨系统模型设计  43-49
    3.2.1 高压共轨系统组成  43-44
    3.2.2 高压共轨系统模型设计  44-49
  3.3 动态模型快速建立与检测  49-54
    3.3.1 柴油机全数字动态仿真模型  49-53
    3.3.2 柴油机模型的仿真校验  53-54
  3.4 本章小结  54-55
第4章模拟试验平台实时仿真模块软件设计  55-69
  4.1 概述  55-57
    4.1.1 DSP 系统开发工具简介  55-56
    4.1.2 实时仿真模块软件总体结构设计  56-57
  4.2 主程序设计  57-58
  4.3 接口程序设计  58-64
    4.3.1 工作状态输出程序  58-59
    4.3.2 转速输出程序  59-62
    4.3.3 控制信号采集程序  62-63
    4.3.4 起动信号检测程序  63-64
  4.4 定时中断程序设计  64-65
  4.5 CAN 总线通讯程序设计  65-68
    4.5.1 eCAN 模块的初始化程序  66-67
    4.5.2 CAN 通讯数据的发送和接收  67-68
  4.6 本章小结  68-69
第5章 PC 机监控模块设计  69-78
  5.1 概述  69-70
    5.1.1 LabVIEW 软件简介  69
    5.1.2 智能CAN 接口卡简介  69-70
  5.2 CAN 接口卡函数库的调用  70-71
  5.3 监控界面程序设计  71-77
    5.3.1 监控界面功能介绍  71-73
    5.3.2 监控界面程序框图设计  73-77
  5.4 本章小结  77-78
第6章系统联合调试及分析  78-86
  6.1 硬件在环仿真实验设计  78-79
  6.2 实验结果及分析  79-85
    6.2.1 输入输出信号校验  79-80
    6.2.2 ECU 控制器参数标定  80-85
  6.3 本章小结  85-86
结论  86-88
参考文献  88-93
攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果  93-94
致谢  94

高压共轨柴油机模拟试验平台设计开发研究

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