电子节气门控制研究（本科毕业论文设计）
摘 要
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，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。但由于电子节气门的机械系统存在着较强的非线性因素，使得电子气门的精确控制较为困难。本文主要针对电子节气门的非线性控制问题进行研究。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matlab/simulink建立了电子节气门控制系统的仿真模型，用所设计的PID控制器分别对三种目标开度信号(正弦信号、阶跃信号和线性信号)进行了仿真比较。为电子节气门在AMT机械自动变速传动系统上的应用打下了基础。
关键词：发动机，电子节气门控制，仿真
ABSTRACT
Since the electronic throttle was developed in the middle of the eighties of the twentieth century，it has gradually been applied on the advanced engines of the high-grade automobiles. Because the electronic throttle not only performs well on the fuel consumption and exhaust of motors, but also can realize the drive by wire, for example, idle speed control, traction control, cruise control etc, it will be widely be applied in the future. But because of the nonlinearity existed in the mechanical parts of the throttle body, how to control the throttle become a difficult question. This paper is focused on the nonlinearity of the throttle body. The principle and structure of the electronic throttle control system (ETCS) has been analyzed. The nonlinearity characteristics including nonlinear spring, backlash, coulomb and viscous friction in the mechanical part of the throttle body has been studied too. After the analysis of the ETCS, the key parameters of the throttle was measured. The numerical model of the electronic throttle control has been built up. Based on the Matlab/Simulink, the ETCS simulation model has been developed.
Key words：Engine, Electronic Throttle Control, Simulation
录
中文摘要 Ⅰ
ABSTRACT Ⅱ
1绪论 1
1.1 课题意义 1
1.2 车用节气门的发展过程及类型 1
1.3 电子节气门控制系统的发展现状 3
1.4 电子节气门控制系统结构 4
1.4.1 机械式节气门结构原理 4
1.4.2 电子节气门结构、原理 4
1.5 电子节气门控制系统的技术特点 5
1.5.1 可选工作模式 5
1.5.2 集成多种控制功能 5
1.6 电子节气门研究的主要问题 6
1.6.1 非线性问题 6
1.6.2 可靠性问题 6
2 电子节气门控制系统分析 7
2.1 电子节气门驱动模块 7
2.1.1 直流电源驱动模块方案 7
2.1.2 PWM脉宽调制驱动功率模块方案 7
2.2 电子节气门体譆@山峁辜胺窍咝砸蛩胤治 9
2.2.1 节气门驱动电机 10
2.2.2 齿轮减速机构及齿隙非线性 10
2.2.3 节气门复位弹簧及其非线性 11
2.2.4 非线性摩擦力及其特性 12
2.3 加速踏板位置传感器及节气门开度传感器 12
2.4 电子节气门系统相关参数测定 13
3 电子节气门控制方法研究 14
3.1 PID控制 14
3.2 模糊控制 15
3.3 非线性滑模控制 15
3.3.1 滑模控制的原理 15
4 电子节气门系统数学模型 18
4.1 PWM控制驱动模块数学模型 18
4.2 电子节气门直流电机的数学模型 18
4.3 机构结构模型 19
4.4 节气门位置传感器数学模型 21
5 建立电子节气门控制系统并分析 23
5.1 电子节气门控制系统仿真模型 23
5.1.1 PWM脉宽调制驱动模块 23
5.1.2 节气门驱动电机模型 24
5.1.3 节气门机械部分模型 24
5.1.4 驾驶员输入模型 25
5.2 PID控制器 25
5.3 节气门系统仿真模型 26
5.4 仿真控制结果及分析 26
5.5 实验结果 29
6 结论 31
参考文献 33
