汽车发动机怠速控制中的鲁棒控制方法研究

第 2 章 汽油机怠速工况建模..............................................................................5 2.1 引言 ............................................................................................................5 2.2 发动机建模方法简介 ................................................................................5 2.3 汽油机怠速模型的建立.............................................................................6 2.3.1 气缸进气模型 .....................................................................................6 2.3.2 容积效率模型 .....................................................................................7 2.3.3 进气歧管压力模型..............................................................................7 2.3.4 摩擦力矩模型 .....................................................................................8 2.3.5 泵气损失力矩 .....................................................................................9 2.3.6 燃烧力矩模型 .....................................................................................9 2.3.7 转速模型 ...........................................................................................11 2.3.8 整体怠速模型 ...................................................................................11 2.4 模型参数 ..................................................................................................11 2.5 模型验证 ..................................................................................................13 2.5.1 验证平台 ...........................................................................................13 2.5.2 验证结果 ...........................................................................................13 2.6 本章小结 ..................................................................................................16
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。
工学硕士学位论文
汽车发动机怠速控制中的 鲁棒控制方法研究
朴明姬
哈尔滨工业大学
2008 年 6 月
国内图书分类号：TP273 国际图书分类号：681.5
工学硕士学位论文
汽车发动机怠速控制中的 鲁棒控制方法研究
硕 士 研 究 生：
导
师：
申 请 学 位：
学 科 、 专 业：所 在 单 位：答 辩 Nhomakorabea日 期：
授予学位单位：
朴明姬 刘志远 教授 工学硕士 控制科学与工程 控制科学与工程系 2008 年 6 月 哈尔滨工业大学
Classified Index: TP273 U.D.C.: 681.5
Dissertation for the Master Degree in Engineering
ROBUST CONTROL RESEARCH ON AUTOMOTIVE ENGINE IDLE-SPEED
This thesis talks about the idle-speed modeling methods and builds a meanvalue model. With the software of enDYNA from German TESIS Corporation, some engine parameters are picked up and the validity of the model is proved. The disturbances which mainly come from equipments are uncertain and have limited energy. The differential geometry method finds new state variables for the system which will make the nonlinear model to be linear. The physical meaning of the new state variables is analyzed and the linear model of the idle speed model with disturbances is given.
Dept. of Control Science and Engineering June, 2008
Harbin Institute of Technology
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文
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。
Keywords Engine; Idle speed; H∞ idle speed controller; Output constraint; Moving horizon
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文
目录
摘要 Abstract
第 1 章 绪论 .........................................................................................................1 1.1 课题背景 ....................................................................................................1 1.2 怠速控制系统功能 ....................................................................................1 1.3 怠速控制控制质量评价标准.....................................................................2 1.4 怠速工况控制策略研究现状.....................................................................2 1.5 本文的研究工作 ........................................................................................3
With the theory of LMI, H∞ controller subject to constrained system is designed. With engine idle-speed model in enDYNA as object, PID, Backstepping and H∞ controllers are compared. A H∞ state feedback strategy subject to constrained system in moving horizon is developed. With the some parameters and working environment, the H∞state feedback controller in moving horizon exceeds other controllers in transition time and output constraints. Its validity in output constraint and robust performance to model parameters’ uncertainty are proved, and the improvement in idle-speed stability is obvious. The simulation results show that this controller is very efficient.