基于混合不確定建模的發(fā)動機怠速魯棒控制研究.pdf

1、怠速工況是發(fā)動機的重要工況之一，與發(fā)動機的排放水平、能源消耗有密切的關(guān)系。怠速工況時由于汽車空調(diào)壓縮機、動力轉(zhuǎn)向器、自動變速器等裝置的加載是突變的，這些擾動因素打破了發(fā)動機原有的穩(wěn)定運行，出現(xiàn)了較大的轉(zhuǎn)速波動。嚴重時甚至引起熄火現(xiàn)象。因此在滿足日益嚴格的排放法規(guī)的前提下，保持發(fā)動機在怠速工況運行的穩(wěn)定性顯得尤為重要。 影響發(fā)動機怠速的因素很多，如：系統(tǒng)具有不確定的滯后時間，傳感器信號測量的干擾和噪聲，運行環(huán)境的狀態(tài)，以及隨著老化

2、、磨損出現(xiàn)的各控制參數(shù)數(shù)值的變化等，這些因素都使得對發(fā)動機的控制增加了不確定性。由于常規(guī)的控制方法需要提供發(fā)動機精確模型，無法實現(xiàn)對發(fā)動機怠速工況的控制；魯棒控制理論因具有實現(xiàn)在不確定性控制的特點，因此適用于怠速轉(zhuǎn)速的穩(wěn)定性控制。本文在發(fā)動機簡化模型的基礎(chǔ)上，將魯棒控制理論應(yīng)用到了發(fā)動機的怠速控制上。論文的主要內(nèi)容包含了以下三個部分： 1.首先建立了發(fā)動機的模型，并對其做了不確定性分析。首先，以四缸發(fā)動機為研究對象，根據(jù)其實際的

3、工作過程，將整個發(fā)動機分成節(jié)氣門、進氣歧管、空氣質(zhì)量流量、壓縮沖程等幾個部分分別建立模型，驗證和調(diào)試了模型的可靠性。并做了發(fā)動機怠速突加載荷下的仿真分析。然后針對發(fā)動機在怠速工況下運轉(zhuǎn)時，各種因素對穩(wěn)定性的影響做了不確定性分析。 2.應(yīng)用魯棒控制H∞理論，在簡化的標稱模型的基礎(chǔ)上，采用頻率加權(quán)函數(shù)方法設(shè)計了怠速控制器。為了測試H∞控制理論的控制效果，在簡化的發(fā)動機模型基礎(chǔ)上，又設(shè)計了發(fā)動機怠速控制常用的PI控制器，仿真結(jié)果表明H

4、∞控制的控制效果明顯比PI控制要好。 3.應(yīng)用μ分析控制理論對發(fā)動機模型進行了參數(shù)不確定性分析和未建模動態(tài)分析，設(shè)計了怠速控制器。首先，調(diào)用了MATLAB中魯棒工具箱內(nèi)函數(shù)，分別運用結(jié)構(gòu)奇異值μ分析理論、H∞控制理論和線性矩陣不等式分析了發(fā)動機標稱模型，將結(jié)果進行對比分析。然后，運用D-K迭代分析了帶有不確定性的廣義的發(fā)動機模型，通過編程迭代設(shè)計出了μ綜合控制器，其結(jié)果比較證明在存在著廣義的混合不確定性的前提下，μ綜合控制相對于