基于模型汽油发动机的空燃比控制器仿真研究

针对四缸四冲程汽油发动机，建立了合理的发动机数学模型，并对模型发动机进行仿真标定实验，获得喷油MAP图。根据发动机运行特点及控制要求，在均值模型的基础上，建立了稳态部分负荷、瞬态、怠速三种主要运行工况下的控制器模型。并给出了以上模型在Matlab／Simulink环境下的结构框图和综合仿真过程。仿真结果表明：控制器能够判断不同工况，并自动切换到相应的控制模块，使空燃比达到预期要求，具有良好的控制性能，控制策略与控制算法可行，为电控系统的进一步研究奠定基础。     

基于模型的发动机空燃比控制策略研究与仿真

空燃比的精确控制是现代车用汽油机控制最为关键的技术。发动机平均值模型由于其模型简单、计算时间短、使用方便,且能满足控制设计的要求而被广泛应用。基于模型的空燃比控制技术是当前国内外研究的热点。在建立某型汽油发动机空燃比平均值数学模型的基础上设计了稳态工况下模糊自适应PID控制器,并与传统的PID控制器空燃比控制效果进行了对比。设计了瞬态工况下燃油前馈补偿控制器并进行仿真。仿真结果表明在稳态工况下模糊自适应PID控制策略不仅能够满足实际控制需要,而且比传统的PID控制策略控制效果更好。前馈补偿控制策略能满足瞬态工况下空燃比的控制要求。     

基于模型在环仿真的直喷汽油机空燃比辨识与控制研究

针对过渡工况下汽油机空燃比难以精确控制的特点,将PID神经元网络(proportional-integral-derivative neural network,PIDNN)控制策略用于发动机常用的部分负荷工况下空燃比的辨识与控制。在AMESim中,从实际发动机物理模型出发建立了发动机仿真模型;同时在Matlab软件中建立PIDNN辨识器、PIDNN控制器;通过Matlab和AMESim软件的耦合进行模型在环仿真,建立电喷发动机实时控制系统,通过联合仿真观察辨识效果,同时检验控制系统的性能。模型在环仿真结果表明:PIDNN辨识器能够快速跟踪实际空燃比的变化,辨识系统的输出与发动机模型的输出误差在0.05之内;在过渡工况下,PIDNN控制器控制下的过量空气系数超调量相对于普通PID控制器能减小0.3以上,同时能在2s内将过量空气系数控制至目标值,提高了空燃比的控制精度。     

基于LMI的航空发动机状态反馈最优控制

提出了基于线性矩阵不等式(Linear Matrix Inequality,LMI)的带有时滞的离散分段线性系统状态反馈最优控制规律,并将其应用于航空发动机控制器设计中。基于某型双轴航空涡扇发动机地面试车非线性模型,使用小偏差法建立了该发动机离散线性状态空间模型。基于线性模型,实现了基于LMI的控制器增益的计算,并在非线性模型上进行了仿真试验。仿真结果表明,在大工况范围下,LMI控制器较传统的PID控制器,能有效缩短发动机的动态响应时间并降低超调量。     

基于H∞理论的LPG发动机怠速控制研究

阐述了H∞控制理论,并将其用于发动机的怠速控制。建立了LPG发动机的怠速控制对象模型,根据模型求解出其灵敏度函数和补灵敏度函数,然后将混合灵敏度问题转化为H∞标准控制问题,应用H∞标准控制理论和Matlab鲁棒控制工具箱,设计出了基于H∞理论的LPG发动机的怠速控制器,并利用LPG发动机的控制模型设计了PI控制器,将其与H∞控制器相比较,通过仿真和台架试验的结果表明,H∞控制相对于PI控制具有更好的鲁棒稳定性,提高了怠速工况的稳定性。     

多限定参数条件下增压柴油机瞬变过程仿真

建立并校准了带二级串联式增压系统重卡柴油机的GT-Power数模。仿真与试验结果表明:建立的数模对整机及增压系统的特征参数吻合较好,仿真计算结果数据(如功率、油耗率、空气流量、平均有效压力)与实测数据的误差在3%以内。揭示了可调二级串联式增压系统中增压压力的控制特征。针对该柴油机瞬变工况条件下多项运行参数的控制要求,开发出描述各项运行参数之间关联关系的相应的子模型,如以废气再循环(EGR)率为目标的EGR阀开度控制子模型、燃烧放热参数随转速、扭矩及EGR率变化的实时跟踪模型等。展示了一套借助GT-Power对发动机中的复杂过程进行模拟仿真的方法。研究结果表明:开发出的子数模对瞬变过程中运行参数边界条件的控制与目标参数基本一致,可用于对瞬变工况下发动机状态的精准模拟。借助开发的数模对该柴油机的瞬变工况进行了预测,并对可变喷嘴涡轮增压器(VNT)位置的控制策略进行了对比优化。     

航空发动机模糊滑模控制方法的比较研究

研究了航空发动机的模糊滑模控制方法,使航空发动机在较广的运行条件下满足控制需求。采用一维间接模糊滑模控制、二维直接模糊滑模控制这两种方法设计模糊滑模控制器,并通过仿真对比,分析了两种设计方法在航空发动机线性模型和用LPV建模法建立的非线性模型上的控制效果。仿真结果表明,二维模糊滑模控制方法具有响应快,对外界干扰不敏感,系统鲁棒性强且非线性跟踪效果好的优点,其控制效果优于一维模糊滑模控制方法。     

发动机管理策略对增程式电动车燃油经济性的影响研究

为了提高增程式电动车的燃油经济性,在传统定点控制式发动机管理策略的基础上,提出了模糊控制式管理策略,对不同的发动机管理策略进行了仿真研究。在CRUISE软件中建立了增程式电动车的驱动系统模型,并在Simulink中搭建了发动机管理策略模型。在模糊逻辑控制器中,使用T-S模糊系统和Mamdani模糊系统,并建立了模糊控制规则。在全球统一轻型车测试规程（worldwide light-duty test cycle,WLTC）循环工况下进行了联合仿真,将模糊控制式管理策略与定点控制式管理策略的结果进行了分析。仿真结果显示,与定点控制式管理策略相比,基于T-S模糊系统和Mamdani模糊系统的发动机管理策略使增程式电动车的燃油经济性分别提高了12.52%和10.60%。其中,基于T-S模糊系统的发动机管理策略效果更好,燃油经济性更高。     

发动机管理策略对增程式电动车燃油经济性的影响研究

为了提高增程式电动车的燃油经济性,在传统定点控制式发动机管理策略的基础上,提出了模糊控制式管理策略,对不同的发动机管理策略进行了仿真研究。在CRUISE软件中建立了增程式电动车的驱动系统模型,并在Simulink软件中搭建了发动机管理策略模型。在模糊逻辑控制器中,使用T-S模糊系统和Mamdani模糊系统,建立了模糊控制规则。在全球统一轻型车测试规程(worldwide light-duty test cycle,WLTC)循环工况下进行了联合仿真,将模糊控制式管理策略与定点控制式管理策略的结果进行了对比分析。仿真结果显示,与定点控制式管理策略相比,基于T-S模糊系统和Mamdani模糊系统的发动机管理策略分别使增程式电动车的燃油经济性提高了12.52%和10.60%。其中,基于T-S模糊系统的发动机管理策略效果更好,燃油经济性更优。     

航空发动机自适应模糊滑模控制方法的研究

为使航空发动机在较广的运行条件下满足控制需求,采用四种不同的方法设计自适应模糊滑模控制器,用模糊控制逼近滑模切换控制项,并通过参数自适应律的设计,根据工况条件自动调整输出模糊集合中心。仿真比较了四种设计方法在航空发动机线性模型稳态点的控制效果和转速跟踪性能。结果表明,间接自适应模糊滑模控制和采用三条模糊规则的自适应模糊滑模控制方法的系统响应快、超调量小、转速跟踪能力强,综合控制性能较好。     

车用汽油机过渡工况空燃比的神经网络控制研究

针对车用汽油机过渡工况空燃比难于精确控制的特点，提出了一种空燃比的神经网络复合控制策略。控制系统通过神经网络控制和常规PI控制实现前馈反馈控制，常规PI控制器利用氧传感器信号实现反馈控制，保证系统的稳定性，且抑制扰动；神经网络控制实现前馈控制，提高控制系统过渡工况时的响应能力。神经网络采用径向基神经网络，其输入为影响汽油机进气量的两个主要因素发动机转速与节气门开度。通过在线学习常规PI控制输出，使系统的总控制输出由神经网络产生，系统具有较高的自适应功能，有效避免目前过渡工况空燃比控制需进行大量标定的不足。仿真结果表明该控制方法是有效的。     

新型脉动式电控燃油喷射系统喷射定时优化

电子控制是柴油发动机燃油喷射系统实现柔性喷射过程控制的有效途径。喷射定时对发动机的排放和经济性都有重要影响，传统的机械式供油系统无法兼顾对每一工况的定时优化，而电控燃油喷射系统的重要优势之一就是能对喷射定时进行全工况自由调节。新型脉动式电控燃油喷射系统的喷射定时需要根据输油泵的供油凸轮型线、不同工况、油量、压力、经济性及排放性能的要求进行优化匹配。本文以电控直列泵—管—阀—嘴燃油喷射系统喷射控制理论分析为基础，根据喷射系统应用的实际条件进行了大量试验，为新型电控燃油定时的优化和匹配提供了依据和准则。     

用 MATLAB/SIMULINK 实现柴油机及其控制系统的动态仿真

动态仿真是发动机控制系统开发过程中的重要环节。本文建立了柴油机准线性动态模型，详细描述了空气流量率、燃空比、指示热效率、摩擦损失、平均指示压力输出、发动机动力学等子模型。控制系统模型包括控制策略、传感器和执行器模型，本文选用的控制策略为ＰＩＤ调节器。文中给出了以上主要模型在ＭＡＴＬＡＢ／ＳＩＭＵＬＩＮＫ环境下的实现过程和结构组成图。以ＢＮ４９３自然吸气柴油机及其控制系统为仿真对象，在ＭＡＴＬＡＢ／ＳＩＭＵＬＩＮＫ环境下进行了动态仿真计算，文中给出了典型瞬态过程的仿真和实测结果。     

高压共轨柴油机轨压控制策略研究

针对柴油机高压共轨轨压控制设计了燃油喷射压力的控制策略,根据柴油机的运行参数计算目标喷射压力并选择相应的控制模式。在Matlab／Simulink仿真软件上进行仿真实验。从仿真的结果表明采用变参数PID控制,可以达到最佳控制效果。     

电子节气门滑膜变结构控制硬件在环仿真的试验研究

运用滑膜变结构控制原理设计了电子节气门的滑膜变结构控制器。利用电子节气门、发动机信号发生器、标定软件和油门踏板搭建了电子节气门硬件在环仿真平台,对滑膜变结构控制器控制效果进行了测试。结果表明：平台能够产生各种发动机传感器信号,ECU与标定软件、信号发生器通信畅通,可以静态的模拟发动机工况,满足硬件在环测试的功能要求。采用滑膜变结构控制,能很好地克服系统中的非线性及扰动,具有迅速的瞬态特性和良好的稳态特性。     

高原环境重型车用柴油机热负荷性能分析

以高原修正的广安博之喷雾模型为基础,建立具有环境适应性的某特种车辆柴油机缸内燃烧与冷却系统传热耦合模型。海拔3 700m的实车试验表明:模型最大误差在4.3%以内。在不改变发动机部件的前提下,通过调整柴油机供油提前角和最大循环供油量,可改善高原运行时特种车辆柴油机的热负荷。试验结果表明:在海拔4 000m时,供油提前角提前4°CA可使涡前温度最高下降30℃,活塞表面温度最高下降15℃,且表面温度场分布稍有改善,但缸内温度峰值上升20℃;在满足任务工况功率需求的基础上,供油量调整螺钉拧入角度为255°时,热负荷参数满足发动机控制参数要求。     

Basic tuning of hydrogen powered car and artificial intelligent prediction of hydrogen engine characteristics

Many studies of renewable energy have shown hydrogen is one of the major green energy in the future. This has lead to the development of many automotive application of using hydrogen as a fuel especially in internal combustion engine. Nonetheless, there has been a slow growth and less knowledge details in building up the prototype and control methodology of the hydrogen internal combustion engine [1]. In this paper, The Toyota Corolla 4 cylinder, 1.8l engine running on petrol was systematically modified in such a way that it could be operated on either gasoline or hydrogen at the choice of the driver. Within the scope of this project, several ancillary instruments such as a new inlet manifold, hydrogen fuel injection, storage system and leak detection safety system were implemented. Attention is directed towards special characteristics related to the basic tuning of hydrogen engine such as: air to fuel ratio operating conditions, ignition timing and injection timing in terms of different engine speed and throttle position. Based on the experimental data, a suite of neural network models were tested to accurately predict the effect of different engine operating conditions (speed and throttle position) on the hydrogen powered car engine characteristics. Predictions were found to be ±3% to the experimental values for all of case studies. This work provided better understanding of the effect of hydrogen engine characteristic parameters on different engine operating conditions.     

柴油/天然气发动机燃烧系统协同优化方法

采用KIVA-3V软件耦合多目标遗传优化算法NSGA-3,开展了柴油/天然气双燃料发动机的引燃柴油喷射参数、运行参数和燃烧室结构参数的协同优化研究.将湍流火焰速度封闭模型(TFSC)与PaSR燃烧模型耦合,建立柴油/天然气双燃料发动机复合燃烧模型.结果表明:复合燃烧模型能较好地模拟柴油/天然气发动机的燃烧过程;采用KIVA3V-NSGA3程序进行了双燃料发动机运行参数、喷射参数等多目标参数的协同优化;多目标参数优化结果的数据对比分析揭示了设计参数对目标参数的影响规律;涡流比和喷射参数的变化会对燃烧室内温度、NOx和CH4的分布产生较大影响.