基于ATMEG16电子节气门控制系统的设计
- 格式:docx
- 大小:441.85 KB
- 文档页数:6
电子节气门控制系统设计电子节气门控制系统是一种在现代汽车上广泛采用的重要技术,它可以根据发动机运行的情况实时调整汽车的控制参数,从而提高汽车的经济性、动力性和环保性能。
本文将对电子节气门控制系统的设计原理、工作过程、功能特点等进行详细介绍。
一、设计原理电子节气门控制系统的设计原理是通过电子信号控制节气门的开度来控制发动机的进气量,从而实现发动机的动力调节和油耗节约。
系统中采用的核心元件是电子节气门执行器,它能够实现快速开合节气门,并通过控制芯片进行精密的开度调节。
系统还包括传感器、控制芯片、电源等多个组成部分,其中传感器可以感知发动机的气体流量、压力、温度等关键参数,控制芯片则能够根据这些参数实时调整节气门的开度和相关控制策略。
二、工作过程电子节气门控制系统的工作过程主要分为4个步骤:传感器信号采集、控制芯片处理、执行器控制和反馈调整。
系统中的传感器可以感知发动机进气量、转速、油门位置等关键信息,通过控制芯片进行数字信号处理,最终输出控制信号给执行器,实现节气门的开合控制。
在工作过程中,系统会根据传感器采集到的信息,对节气门进行开度调节,从而实现发动机的动力调节和优化燃油经济性。
同时,系统还会根据实际工作情况进行反馈调整,以保证系统的稳定性和精度。
三、功能特点1.精准控制:电子节气门控制系统采用高精度控制芯片和执行器,能够快速、准确地控制节气门的开度,实现精细化调节。
2.动力调节:系统能够根据不同的工况场景,实时调整发动机的进气量和输出功率,从而实现动力调节和提高车辆加速性能。
3.环保节能:电子节气门控制系统能够智能调节发动机的燃油供给,实现燃油经济性的优化和环境保护的效果。
4.检测和反馈:系统还能对发动机工作状态进行检测和反馈,及时调整节气门的开度和关键控制参数,保证系统的稳定性和精度。
五、市场前景随着汽车制造业的不断发展和技术的迭代,电子节气门控制系统已经成为汽车生产中必不可少的关键技术之一。
基于单片机的电子节气门控制器的设计【摘要】本文分析了电子节气门的基本原理,提出了采用以MC9S12XSl28单片机为核心控制芯片,通过采集加速踏板位置信号和节气门位置信号,经过单片机算法处理,利用PWM控制节气门驱动电机,实现了电子节气门的闭环控制。
【关键词】电子节气门;控制器;MC9S12XSl281.引言相对于传统的机械拉线式节气门,电子控制节气门能根据驾驶员的驾驶意图以及根据整车不同的行驶工况确定节气门的最佳开度,保证车辆具有最佳的动力性和燃油经济性,并能够为怠速控制(IDL)、驱动防滑控制(ASR)和巡航控制(CCS)等电子控制功能的实现奠定基础。
本文以BOSCH电子节气门为研究对象,进行相应的硬件和软件设计。
2.电子节气门硬件系统电子节气门控制系统是闭环控制系统,电子节气门的电子控制单元对油门加速踏板位置信号、节气门位置信号进行采样处理,根据两者的误差值以确定节气门阀的基本开度;控制系统在计算出基本开度后,通过CAN总线与整车ECU 通信,获得整车工况信息,综合计算出对发动机的输出功率和输出转矩的需求,对基本开度进行修正,通过输出PWM控制驱动电机用以控制节气门的实际开度。
控制硬件框图如图1所示。
2.1 电子节气门总成(1)油门加速踏板位置传感器油门踏板是反映驾驶员意图的装置,电子节气门替换了拉线式的油门踏板,它的核心是两个根据位移量变化的可变电阻,两个传感器有各自独立的电源,并向单片机发出两路反映油门踏板位置的电压信号。
油门踏板总成两个电位器式传感器同相安装,油门踏板位置发生变化时,其电压信号同时线性增加或减小,根据油门踏板位移量转化成不同的电压信号并传递给电子控制单元(ECU)。
(2)节气门位置传感器节气门位置传感器是节气门开度状态的唯一检测元件,电位计传感器主要将角位移的变化转换成电压变化,为了安全性和可靠性,节气门位置传感器也是有两个传感器组成,其由同一电源供电,采用同一搭铁点,设计成阻值反向变化,同一位置的两个传感器输出电压信号和始终等于供电电压5V。
基于ATmeg16的液压支架控制器设计摘要:机器人化采煤设备是煤矿机械领域的重要研究方向,支护机器人控制系统是机器人化采煤的关键技术之一。
本文基于ATmega16单片机设计了煤矿井下支护机器人的控制系统方案,重点研究液压支架控制器的硬件及软件设计。
该控制器采用A VR ATmega16芯片作为控制核心,采用RS485总线作为通信方式,探索计算机对远程液压支架的直接控制的方法,对实现液压支架的远程控制具有重要意义。
关键词:ATmega16;远程控制;支架控制器;RS-485总线煤矿综采工作面正在向自动化方向发展,煤矿机器人化采煤成为煤矿开采领域的重要研究方向,其中支护机器人控制系统是机器人化采煤的关键技术[1]。
煤矿开采的无人化是改变当前煤矿事故频发状况、提高煤矿开采的安全性的重要方法。
支架控制器是液压支架电液控制系统的核心,主要功能包括支架动作控制、支架状态监测、通讯等。
通常供电电压在12V以下,控制器数量较多,控制器的通信要求实时可靠。
1支护机器人控制系统方案对比分析现有支架控制器,包括天地玛珂PM31控制器[2]、DBT支架控制器[3,4]、EEP支架控制器,可知它们都采用了单片机处理器作为控制核心,系统内嵌操作程序。
都采用不同标准的现场总线传输方式,可实现一定距离的数据传输。
都配备了显示屏,方便操作者进行手动控制和系统状态信息的显示[5]。
根据上述几种控制系统,结合机器人化采煤的要求,设计支护机器人的控制系统方案如图所示。
图1 支护机器人控制系统总体结构Fig1 The overall structure of supporting robots control system支护机器人控制系统通信主干线采用高速以太网,如图1所示。
整个系统由一台地面服务器提供网络管理和路由服务。
本地支护机器人主要由控制软件、网络通信模块、本地通信模块、音频视频采集接口等组成,主要任务是对进行数据交换和解释,采集声音、视频及相关传感数据,向上级提供信息并对具体设备实施远程控制和自主控制,远程控制根据上级指令进行,自主控制根据传感器收集的设备状态以及预知经验进行的逻辑决策控制。
基于ATmega16的气动标记控制系统设计1 引言气动标志机广泛应用于铭牌、各种零部件及汽车大梁,但随着需求变幻,对标志机的稳定性、便携性、多任务性提出了更高要求。
标志软件由以前的DOS系统升级到Win98、Win2000,WinXP等版本,功能越来越复杂,然而,硬件设计几乎没有变幻。
因为一般标志机控制系统的标志专用软件将图形信息转化为脉冲信息后需通过I/O接口(ISA、PC扩展卡或并口)输出至驱动控制板,然后再由驱动执行机构工作。
但目前大多数个人PC机、笔记本电脑都取消并口、串口配置的扩展I/O卡,而用法IJSB接口。
一般标志机的信号采纳和多个阻容元件构成一个无稳态的占空比和频率均可调的多谐振荡器,当调节PWM信号时,打开控制箱,则通过调整两只可调调节PWM 信号的频率和占空比。
为了解决上述标志机控制系统存在的缺点,采纳ATmegal6和转换RS232接口器件CH341T组成通信接口,标志控制系统升级到USB接口:采纳ATmegal6的相频修正PWM替换555振荡电路,可挺直通过PC软件修正PWM信号的频率和占空比,使得PWM信号调节便捷。
2 ATmegal6相位与频率修正PWM模式ATmegal6相位与频率修正PWM模式是一种频率与占空比精确的PWM信号。
采纳固定TOP值的工作模式,即16种PWM波形产生模式的模式8,简称相频修正PWM模式。
相频修正PWM模式基于双斜坡操作,其工作时序1所示。
TCNTn重复从BOTTOM计数到TOP,然后又从TOP返回至BOTTOM。
在普通比较输出模式下,当TCNTn向TOP计数时,若TCNTn与OCRlx相匹配,OClx清零,并置为低电平;当TCNTn向BOTTOM计数时,若TCNTn与OCRlx相匹配,OC1x置为高电平,工作于反向输出比较时正巧相反。
比较单元在OClx引脚输出PWM波形,其输出PWM的频率第1页共4页。
基于ATmega16的智能小车控制系统设计陈谨女;田浩【期刊名称】《物联网技术》【年(卷),期】2013(3)4【摘要】当前的电动小车基本上采取的是基于纯硬件电路的一种开环控制方法,具有直线行驶、前进、后退、转弯、停车等基本功能,但在某些特殊场合下却不能采集到有用信息。
文章正是在这种需要之下,以ATmega16单片机为控制核心,用RF2401无线收发模块进行遥控通信,用DS18B20进行温度检测,同时采用超声波等传感器材检测信号和障碍物,最后充分利用单片机的串口资源和运算、处理能力,开发设计了一种智能控制系统,从而实现了小车的测温、躲避障碍物等功能。
%The electric car which has basic functions such as straight driving, going forward and backward, turning and parking, basically took open-loop control method based on hardware-only circuit in the current, but it can’t collect useful information on special occasion. The paper gave a design of an intelligent control system took the ATmega16 microcontroller as the control core, use RF2401 wireless transceiver module to remote communication, took DS18B20 sensors as temperature detector, use ultrasonic for detecting signal and obstacle and make full use of serial port resources and computing processing ability of microcontroller. Finally the functions of temperature measurement and evading obstacles are realized.【总页数】3页(P73-75)【作者】陈谨女;田浩【作者单位】长安大学电子与控制工程学院,陕西西安 710064;长安大学电子与控制工程学院,陕西西安 710064【正文语种】中文【中图分类】TP242.6【相关文献】1.基于Arduino控制板的数据采集智能小车的控制系统设计与实现 [J], 王尊冉;庞俊腾;陈均健;裴宇;杜启亮2.基于手绘控制的智能小车控制系统设计 [J], 左加伟;刘长荣3.基于蓝牙控制技术的智能小车控制系统设计 [J], 温芮; 陈锦鸿; 王丽4.基于Atmega168PA-AU的消防飞行器控制系统设计 [J], 周雨峰; 唐龙; 胡远望5.基于ATMega16单片机的体操机器人控制系统设计 [J], 汪倩倩;汤煊琳因版权原因,仅展示原文概要,查看原文内容请购买。
汽车电子节气门控制系统设计探讨文章首先分析了电子节气门的结构组成与驱动原理;然后根据汽车发展需求设计电子节气门控制系统,以提高汽车行驶的平稳性、动力性与经济性特征;最后探讨了汽车电子节气门系统的发展趋势,为拓宽汽车市场奠定坚实基础。
标签:电子节气门;汽车;控制系统引言电子节气门是汽车发动机的重要控制部件,合理设计汽车电子节气门的控制系统,能够有效改善汽车发动机的排放性能,实现发动机全范围的最佳扭矩输出,提高汽车行驶的可靠性。
1 汽车电子节气门的结构组成和驱动原理1.1 电子节气门的结构组成电子节气门主要由复位弹簧、执行电机、节气门开度传感器以及齿轮传动机构成。
一般地,复位弹簧是为了保证一旦电子节气门出现故障,能够促使电子节气门始终存在一微小开度驱动汽车行驶到安全地带;执行电机由直流或步进电机组成,产生相应的电压信号进行驱动设置;节气门开度传感器则是一个滑片式线性电位器,通过与节气门轴相连接,实时将节气门开度转换为标准电压信号进行命令输出;齿轮传动机是传递电信号的装置。
值得强调的是,为了有效增强系统稳定性,提高系统诊断故障的能力,电子节气门中的传感器采用了特别的冗杂设计。
1.2 电子节气门的驱动原理首先将汽车驾驶员操纵加速踏板的信号通过传感器转换为相应的电压信号输入到节气门的控制单元,然后由控制单元对输入的信号进行诊断过滤,有效减弱环境噪声的不利影响,最后,就当前工作模式以及踏板变化率计算发动机扭矩的基本需求,释放相应的节气门转角达到预期期望。
一般地,节气门的开度信号会先反馈给控制单元,形成一个闭环的控制电路,在控制单元发出的脉冲频率后,对电机转动的方向进行有效控制,以实现电机的精确调速以及定位。
其中,ECU 将会对监控系统功能,一旦发现故障,及时点亮系统故障指示灯,分离电磁离合器,使得节气门摆脱电机控制,在复位弹簧的作用下保持一个微小开度,保证车辆能够慢速开至维修地点,防止驾驶员出现危险。
2 汽车电子节气门控制系统的功能设计2.1 基于发动机扭矩需求的节气门控制一般地,传统油门的节气门开度决定于驾驶员的操作方向,而电子节气门控制系统应改善这一现状,防止人为因素的意外风险。
电子节气门控制系统设计摘要电子节气门产品自20世纪80年代问世以来,已逐渐应用到各种中、高级轿车中。
相对于传统的机械式节气门,电子节气门系统(ETCS)能根据驾驶员的驾驶意图以及整车行驶状况确定节气门的最佳开度,保证车辆具有最佳的动力性和燃油经济性,并能够为怠速控制(IDL)、驱动防滑控制(ASR)和巡航控制(CCS)等电子控制功能的实现奠定基础,从而提高安全性和乘坐舒适性。
同时,对于混合动力汽车,为了实现能量的管理和分配,电子节气门也成为了必然的选择。
本文对电子节气门系统进行了研究和开发,为电子节气门在混合动力轿车上的应用奠定了基础。
本文分析了电子节气门系统的工作原理、基本结构以及机械结构中存在的非线性因素和各自的特性,如复位弹簧、气流的冲击、库伦+粘滑摩擦等。
测定电子节气门的关键参数,建立了电子节气门系统的数学模型。
为了适应电子节气门控制系统的快速动态特性,抑制由于电子节气门体的非线性因素对控制特性的影响,提出了一种新的模糊PID复合控制策略,通过模糊控制提高电子节气门系统的动态性能,用智能积分PID控制保证系统的稳态能,利用权重因子函数改善控制切换过程。
电子节气门控制器采用飞思卡尔公司的MC9S12DG128单片机作为主控芯片,同时硬件系统还包括控制器的供电电源模块、直流电机的脉宽调制驱动模块、串行通信模块和CAN总线通信模块等。
采用CodeWarrior编译的程序软件,完成了控制功能和调试功能。
为了对系统状态实时显示和故障报警,以及在控制过程中进行数据采集,本文开发出基于LabWindows/CVI的串口通信系统。
试验结果表明:模糊PID复合控制相对于PID控制和智能积分PID控制能够较精确地控制节气门开度,减小超调量,瞬态误差较小,滞后时间较短。
所开发的模糊PID复合控制器能够完成电子节气门系统的控制功能要求。
关键词:电子节气门;非线性;模糊PID复合控制策略IAbstractSince the electronic throttle product was developed in the eighties of the twentieth Century, it has gradually been applied to high-grade automobile. Relative to the traditional mechanical throttle, the electronic throttle control system can sense the drive intention from the driver and the current situation of the auto, and then decide the correct throttle’s position, so that the dynamic performance and fuel economy can be improved. Furthermore, it's helpful to realize some electronic control function, such as IDL, ASR and CCS, thereby the security and driving comfort can be improved. With the appearance of hybrid vehicle, electronic throttle becomes an inevitable choice for the power control and management for hybrid vehicle. In this paper,the electronic throttle control system was researched and developed, which laid the foundations of applying the ETCS to vehicle.The principle and basic structure of the electornic throttle control system(ETCS) was analyzed. The nonlinearity characteristics including nonlinear spring, aerodynamic impact, coulomb and viscous friction in the mechanical part of the throtle body was studied too. After the analysis of the ETCS, the key parameters of the throttle was measured. The numerical model of the electronic throttle control was built up.In order to adapt the swift dynamic characteristics of ETCS and restrain influence on control performance owing to nonlinearity factors of ETCS, a new Fuzzy-PID multiple compound control method is proposed. The robust dynamic characteristic of ETCS is attained by fuzzy control and the static performance is ensured by intelligent integral PID control, while switching process between two control methods is improved by using weighting factor function.The main microchip of the electrionic throttle controller is MC9S12DG128 which is manufactured by Freescale. In this paper, the power supply module, DC motor’s PWM drive module, serial communication module, CAN busIIcommunication module and so on, was designed. The software, which is programmed with CodeWarrior software for microcontroller accomplished control, function and serial communication function.In order to display the state of the system in real time and give an alarm when malfunction occurs, serial communication system based on LabWindows/CVI was designed.The results of the experiments show that the Fuzzy-PID multiple compound control method can exactly control the throttle’s position, the overshoot is reduced, the transient tracking error is small and the hysteresis is short, while the PID control method and intelligent integral PID control method don’t work well.So the ETCS’s controller which was developed based on Fuzzy-PID control strategy can meet ETCS’s function requirements.Key Words: Electronic Throttle, Nonlinearity, Fuzzy-PID Multiple Compound Control StrategyIII目录摘要 (I)ABSTRACT (II)目录 (IV)第1章引言 (1)1.1电子节气门产生的背景 (1)1.2电子节气门在国内外的发展状况 (2)1.2.1电子节气门在国外的发展状况 (2)1.2.2电子节气门在国内的发展状况 (2)1.3电子节气门存在的问题及未来的发展趋势 (3)1.3.1电子节气门存在的问题 (3)1.3.2电子节气门系统发展的趋势 (3)1.4本设计主要研究工作 (4)1.5本章小结 (4)第2章电子节气门的结构分析及工作原理 (5)2.1电子节气门系统的结构和工作原理 (5)2.1.1电子节气门体 (6)2.1.2加速踏板 (8)2.1.3电控单元ECU (9)2.2驱动电机的脉冲调制方式 (10)2.3电子节气门系统的控制功能 (10)2.4本章小结 (11)第3章电子节气门系统非线性分析及数学建模 (12)3.1电子节气门系统非线性分析 (12)3.1.1复位弹簧的非线性 (13)3.1.2传动齿轮齿隙非线性 (13)IV3.1.3节气门阀片运动中的非线性 (15)3.1.4节气门阀片气流冲击特性 (15)3.2电子节气门系统的数学模型 (17)3.2.1直流电机的数学模型 (17)3.2.2节气门的数学模型 (18)3.2.3节气门位置传感器数学模型 (18)3.3电子节气门系统的物理参数标定 (19)3.4本章小结 (20)第4章控制系统硬件设计 (21)4.1控制系统结构 (21)4.2硬件电路设计 (21)4.2.1控制单元ECU的设计 (21)4.2.2电源管理模块的设计 (23)4.2.3电机驱动电路的设计 (24)4.3本章小结 (27)第5章控制系统软件设计 (28)5.1控制系统软件设计 (28)5.1.1软件的总体功能分析 (28)5.1.2软件子程序流程图 (29)5.2串行通信系统的开发 (32)5.2.1串行通信协议设计 (32)5.2.2单片机串行通信子程序流程图 (33)5.3本章小结 (34)结论 (35)参考文献 (36)致谢 (37)附录 (38)V系统原理图 (38)VI第1章引言电子节气门是发动机管理系统中的重要部件,是实现发动机全电控的基础,现在已经得到越来越广泛的应用。
BI YE SHE JI(20 届)电子节气门控制系统设计所在学院专业班级自动化学生姓名学号指导教师职称完成日期年月V摘要随着汽车工业技术的日益发展,人们对汽车的安全性、操控性的要求不断提高。
同时,科技环保又成为一个新的发展理念。
电子节气门技术自20世纪80年代中后期出现以来,已经逐渐应用到众多高中级轿车的先进发动机上,自从电控喷射系统取代化油器后,节气门采用了电子控制系统,增设电子控制单元(ECU)、节气门位置传感器、空气流量计等监测工况,对节气门的开度进行实施精确控制。
电子节气门由于能有效的改善汽车的燃油经济性和降低排放,实现车辆的柔性控制(drive by wire),其应用前景将越来越广泛。
本文分析了电子节气门的控制系统的原理、结构以及机械系统中的非线性因素及各自的特性,测定了电子节气门的关键参数。
建立了电子节气门控制系统的数学模型,并且利用proteus绘制本文所设计的电子节气门控制系统的原理图。
本文在分析燃气发动机节气门体的物理结构,工作原理及优点的基础上,分别对燃气发动机的节气门进行位置控制、系统包括控制电路、驱动电路、开关电路等硬件部分以及软件部分。
通过对电子节气门控制系统的组成及其工作原理的分析,并根据其功能及性能的要求,确立了以飞利浦P87C51FA系列单片机为主控芯片,L298N H桥电机驱动芯片为硬件核心的系统构架;通过对多种电子节气门控制策略进行研究与设计,综合其优缺点,设计了前馈+反馈控制的电子节气门控制策略。
采用模块化思想分别设计了电子节气门控制单元中的微控制器、电机驱动电路、复位电路、开关电路、节气门阀片位置传感器位置采集、通信等功能模块硬件电路;采用主程序和中断程序相结合的方法,设计了电子节气门控制系统的软件。
关键词:电子节气门控制系统,前馈,反馈。
VAbstractAlong with the development automobile industry technology, people want to continue improve the car safety and the handing requirements, and the Environmental Science and Technology has become a new development concept. The invention of the electronic throttle technology since the late nineteen eighties, It has been gradually applied to many high and mid-level sedan advanced engine,since the Electronic Controlled Injection System replaced the carburetor, the Electronic Control System being used in throttle, add An electronic unit (ECU), and State Detector like throttle position sensor and air flow meter. It also can precisely control the opening degree of the throttle. Because of the Electronic Throttle could effectively improve the vehicle fuel and reduced emissions, it also can drive by wire to vehicle, so its application prospect will be more and more widely. This article has analyzed the principle of the Electronic Throttle Control System, structure and mechanical system of nonlinear factors and their respective characteristics, determined the key parameters of Electronic Throttle. Establishing the mathematical model of the Electronic Throttle Control System, and use the Proteus to establish the simulation circuit diagram of the Electronic Throttle Control System.Based on the analysis of gas Electronic Throttle body physical structure, working principle and their merit, respectively, position control to the Electronic Throttle, the system comprises a control circuit, drive circuit, switch circuit and other hardware and software.Based on the analysis of the composition and work principle of the Electronic Throttle Control System, and according to its function and performance requirements, establish the system architecture contain a single chip microcomputer of eight bit as the main control chip, L298N H bridge motor drive chip as the core hardware. We design a control system that can be described as the feedforward and the feedback control mode based on research and design of a variety of the Electronic Throttle Control Strategy, also comprehensive their advantages and disadvantages.VUsing the idea of modularization designs the electronic throttle control unit in the microcontroller, motor drive circuit, reset circuit, switch circuit, the collection of throttle valve slice position sensors, the hardware circuit of communication function module; the main program and interrupt program combining method, We designed the electronic throttle control system software use the combining method of the main program and interrupt program.Key words: the Electronic Controlled Injection System feedforward feedback.V目录摘要 (I)Abstract (II)目录 (Ⅳ)第一章绪论 (1)1.1课题研究的背景 (1)1.2 节气门控制系统简介 (2)1.2.1 传统节气门控制系统 (2)1.2.2 电子节气门控制系统 (2)1.3 电子节气门控制系统的研究现状及发展趋势 (3)1.3.1国内外研究现状 (3)1.3.2 发展趋势 (4)1.4 课题研究的意义及主要内容 (5)第二章电子节气门体简介及其数学建模 (6)2.1 电子节气门体的简介 (6)2.1.1 电子节气门的物理结构组成 (6)2.1.2工作原理 (7)2.1.3使用节气门的优点 (8)2.3电子节气门系统非线性分析 (8)2.3.1复位弹簧的非线性 (9)2.3.2 节气门阀片运动中的非线性 (9)2.4 电子节气门的数学模型 (10)2.4.1 直流电机的数学模型 (10)2.4.2 节气门的数学模型 (11)第三章电子节气门控制系统及总体方案的设计 (12)3.1 系统工作原理 (12)3.2 系统控制功能及其性能要求 (12)V3.2.1 基本功能要求 (12)3.2.2 系统的基本性能要求 (13)3.3 电子节气门体模型参数确定 (13)3.4 系统通信方案 (14)3.5 系统控制方式选择 (15)3.5.1开环控制与闭环控制 (15)3.5.2控制方案的选择 (16)第四章系统硬件和接口电路设计 (17)4.1 控制系统设计 (17)4.1.1 硬件元器件的选择 (17)4.2 节气门电机驱动方案 (18)4.2.1节气门电机介绍 (18)4.2.2驱动电路设计 (19)4.3复位电路设计 (21)4.3.1复位电路的作用 (21)4.3.2基本复位方式 (21)4.4 电压比较电路 (23)4.4.1电压比较器的原理 (23)4.4.2 电压比较器的工作原理及应用 (24)4.5开关电路的设计 (25)4.5.1三极管开关电路的分析设计 (26)4.5.2 基本三极管开关之改进电路 (27)第五章控制系统的软件设计 (29)5.1系统软件总体设计 (29)5.2软件子程序设计 (30)5.2.1PWM输出子程序流程图 (30)5.2.2信号采集子程序流程图 (31)5.2.3角度计算子程序流程图 (32)总结 (33)V参考文献 (34)致谢 (35)附录——主电路图 (37)V第一章绪论1.1课题研究的背景进入二十一世纪,我国国民经济、国民消费水平都得到了迅猛的提高,从而促使我国汽车产量和保有量得到快速增长。
基于ATMEG16电子节气门控制系统
的设计
1.引言
传统的节气门与加速踏板之间通过拉杆连接,节气门的开度完全由驾驶员通过加速踏板来控制。
这种机械控制方式只能使发动机完全按驾驶员的操作意图工作,不能确保发动机的工作状态与汽车的运行情况形成最佳的匹配。
电子节气门控制系统可以根据加速踏板位移,路面情况以及车况等信息发出指令使节气门开度得到最佳控制,使发动机空燃比达到最佳从而提高车辆动力性和经济性,而且对减少废气排放、保护环境也有着重要意义。
2.电子节气门控制系统的构成及工作原理
电子节气门控制系统主要由MCU、油门踏板位置传感器、电子节气门体、驱动电路以及电源五部分构成。
它的工作原理是:驾驶员操纵油门踏板,油门踏板位置传感器产生相应的电压信号,即节气门开度的参考信号,控制单元对输入的模拟信号进行采样处理,然后控制单元根据车辆行驶工况进行综合分析计算得出一个期望的节气门开度值,并输出对应的控制信号给驱动电机,在驱动电机作用下,节气门阀片达到期望位置。
在整个控制过程中,节气门位置传感器将节气门开度信号不停的反馈给控制单元,控制单元将得到的开度信号与目标值不停比较并修正,直
到实际的节气门开度值达到与期望的节气门开度值相对应的位置。
3.控制电路硬件设计
电子节气门控制系统中,节气门由直流电机驱动达到目标开度,因此对直流电机的控制直接影响节气门开度的精度,通常直流电机都是由PWM信号控制,另外,电子节气门控制系统采用闭环控制,油门踏板给出目标开度,节气门位置传感器反馈出实际开度,它们给出的信号都是模拟电压信号,因此控制器必须能够将模拟信号转换为数字信号。
基于控制器要具备这些功能,本文选用AVR单片机ATMEG16作为主控芯片,并且使用英飞凌公司的
TLE6209R芯片作为电机驱动芯片,开发电子节气门控制系统硬件电路。
控制电路部分包括:信号采集处理,稳压,直流电机驱动,串行通信等。
油门踏板传感器和节气门位置传感器分别给出油门踏板位置和节气门开度信号,通过单片机中的模数转换器将模拟信号转换为数字信号,对两信号比较,给出控制电机转向的信号并调用控制算法计算输出合适占空比的PWM信号,再通过直流电机驱动电路驱动电机使节气门达到目标开度。
本实验中用手柄电位器模拟代替踏板位置传感器;PA1即ADC1接节气门位置传感器反馈的信号TPS1;PD5用于输出占空比可调的PWM,与驱动芯片TLE6209R的PWM端口相连;PB0与驱动芯片
TLE6209R的DIR端口相连,用于发出方向控制信号,控制节气门阀片的正反转。
图1为单片机最小电路图,图2为驱动电机电路连接图。
本次实验建立了上位机界面来显示结果,上位机采用的是MCGS组态软件,选用莫迪康-RTU为设备构件,它是遵从Modbus协议的,所以单片机的通信程序必须也符合
Modbus协议才能和上位机通信,串口通信连接电路图如图3所示。
4.软件设计
由于电子节气门具有非线性,时变性等特点,本文采用非线性PID控制策略,根据系统阶跃响应曲线自动调节非线性PID参数。
比例参数:
由于非线性PID控制器参数可以随着误差变化而变化,只要取合适的参数,就能够使控制系统达到响应快,超调小的目的。
软件框图如图4所示。
5.实验结果及分析
图5为0.8s方波快速跟随实验,通过曲线可以看出在跟随的过程中会有滞后的现象产生,无超调现象,在电子节气门的实际应用中基本能够满足控制要求。
图6为方波慢速跟随曲线,可以看出当给定信号变化越慢,跟随性能就越好,跟随过程中无超调,无滞后现象。
6.结论
本文针对电子节气门的非线性采用非线性PID控制的方法进行控制器的设计,同时采用ATMEG16为主控芯片,通过上位机显示出控制结果,实验结果表明这种设计能够基本达到控制要求。