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基于压电陶瓷的柴油机电控喷油器的研究

作　者: 彭张
导　师: 黄涛
学　校: 武汉理工大学
专　业: 通信与信息系统
关键词: 压电陶瓷位移喷油器驱动电路 PID控制器
分类号: TK423.84
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

高压高速共轨系统是柴油机燃油喷射系统的发展趋势。为了满足越来越严格的发动机排放标准的要求,对喷油器进行精确控制越来越普遍地应用于柴油机喷射系统。压电陶瓷驱动器与传统电磁阀驱动器相比,在很多方面都有着先天的优越性,是柴油机喷油器理想的驱动器。所以本论文对压电陶瓷型喷油器的研究,具有很重要的意义。论文在利用自制的微位移测量工具来对压电陶瓷堆样品的主要性质进行测试,在大量实验数据的基础上来了解电压与位移量的关系,温度变化对位移量的影响,滞环和蠕变特性。通过这些数据来证明压电陶瓷堆作为柴油机喷油器驱动器的优点和不足,为后面章节驱动电路的设计和控制算法的选择提供数据依据。在阅读大量有关柴油机喷射系统的文献后,模拟柴油机喷油器的工作环境,对压电陶瓷型喷油器的驱动路进行设计。先模拟柴油机电瓶,设计一个24V的稳定直流电源,为压电陶瓷驱动器提供驱动电源；再参考用PWM驱动信号来驱动高速电磁阀的方法,也采用PWM信号来驱动压电陶瓷型喷油器,这样可以节省电能消耗和提高压电陶瓷驱动器的响应性能；压电陶瓷型喷油器的驱动电路选择了VMOS场效应管组成推挽式功放,能实现对高压信号的跟随功能,电压放大级采用了反馈比较回路,能使电压信号线性不失真的放大,满足了压电陶瓷驱动器对驱动电源的动态要求。本文最后对压电陶瓷型喷油器系统控制算法进行研究,先用了比较传统的PID控制算法进行控制,但通过测试,看到了这个控制算法在柴油机喷射系统中的不足,因此对这种传统的算法进行了改进,而采用了单神经元自适应PID控制算法。研究发现,这种控制算法应用于压电陶瓷型喷油器的闭环系统使其响应时间、控制精度以及自适应性得到了很大的提高。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-8
第1章绪论  8-14
  1.1 压电陶瓷的发展  8-9
  1.2 压电陶瓷喷油器的发展现状  9-11
  1.3 压电电控喷油器的特点  11-12
  1.4 本论文的主要工作  12-14
第2章压电陶瓷特性分析  14-28
  2.1 压电陶瓷材料  14-19
    2.1.1 压电基础理论  14-17
    2.1.2 用于柴油机喷油器的压电陶瓷的结构形式  17-19
  2.2 微位移测量系统的设计  19-22
  2.3 压电陶瓷特性的测试  22-27
    2.3.1 压电陶瓷堆位移特性  22-23
    2.3.2 压电陶瓷堆温度特性  23-25
    2.3.3 压电陶瓷堆滞环和蠕变特性  25-27
  2.4 本章小结  27-28
第3章压电陶瓷喷油器驱动电路的设计  28-42
  3.1 压电陶瓷喷油器的结构及工作原理  28-29
  3.2 喷油器驱动器的驱动要求  29-30
  3.3 压电陶瓷驱动器特性分析  30-32
  3.4 压电陶瓷堆喷油器的驱动电路  32-40
    3.4.1 驱动电源的设计  33-34
    3.4.2 脉宽调制的产生  34-35
    3.4.3 DC/DC模块的设计  35-37
    3.4.4 电压驱动压电陶瓷堆模块设计  37-39
    3.4.5 反馈信号的处理电路  39-40
  3.5 软件编制  40-41
  3.6 本章小节  41-42
第4章压电陶瓷喷油器的控制算法  42-50
  4.1 压电陶瓷堆驱动器非线性的补偿方法  42-43
  4.2 PID算法的应用  43-46
  4.3 单神经元自适应PID控制器的应用  46-48
    4.3.1 单神经元自适应PID算法结构  46-47
    4.3.2 单神经元自适应PID控制压电陶瓷驱动器的优点  47-48
  4.4 本章小结  48-50
第5章总结和展望  50-52
致谢  52-53
参考文献  53-55
攻读硕士学位期间发表的论文  55

基于压电陶瓷的柴油机电控喷油器的研究

内容摘要

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