基于模糊滑模控制的电子节气门仿真
郭 辉 张云龙
(清华大学汽车安全与节能国家重点实验室 北京 100084)
摘 要:电子节气门是一个非线性系统。本文建立了电子节气门模型,并将滑模控制和模糊控制结合起来,应用于电子节气门系统。在MATLAB平台上建立了仿真模型,仿真实验证明模糊滑模控制算法能够较好地实现对电子节气门的控制。
关键词:发动机 电子节气门 模糊滑模控制 仿真
中图分类号: TK412. 44 文献标识码:A 文章编号: 1671-0630(2007)02-0043-04
引言
与传统的机械式节气门相比,电子节气门取消了与油门踏板的刚性连接。它能够结合驾驶员意图和发动机当前运行工况,计算出最合适的节气门开度,通过驱动无刷直流电机,带动节气门盘片到达目标开度。
采用电子节气门能有效提高发动机的动力性和经济性。对于混合动力汽车,必须使用电子节气门,以协调电机和发动机之间的扭矩分配。节气门中存在复位弹簧扭矩,摩擦力矩等非线性因素,并且长期使用后节气门参数会发生变化,所以节气门是一个变参数的非线性系统。采用传统的PID控制方法,需要加入复杂的变参数算法以及补偿算法,而且带来了大量的参数标定工作[1]。因此,寻找一种简洁高效的控制算法是开发电子节气门控制系统的一个关键。滑模控制是一种变结构控制方法,能够使系统在有限时间内收敛,并具有较强的鲁棒性,适用于变参数的非线性位置跟踪系统。而模糊控制能够很好地解决系统到达滑动平面后的高频抖振问题。本文研究电子节气门的模糊滑模控制算法,并在MATLAB/SIMULINK平台上搭建仿真模型以验证其有效性。
1 模型的建立
如图1所示,电子节气门系统可以分为控制器,驱动器,执行器三个部分。控制器接收加速踏板信号和节气门位置信号,并根据模糊滑模算法计算控制电流。驱动器根据控制器计算的控制电流决定脉宽调制(PWM)信号的占空比和电流方向,并输出PWM信号。执行器将电流转化为扭矩,克服摩擦力矩,复位弹簧力矩等阻力矩,带动节气门盘片向目标开度运动,并将节气门位置信号传给控制器。执行器包含了节气门的电特性和机械特性。
控制器模块中,节气门位置信号和目标开度需要进行滤波处理,利用MATLAB的FilterDesign&Analy-sisTool设计了巴特沃斯(Butterworth)二阶低通滤波器[4]。如图6,切换增益的模糊控制器利用MATLAB的FIS Editor设计,采用Mamdani方法进行模糊推理[4]。
如图8,驱动器模块中的PWM信号采用三角波斩波的方式生成。
图10为该系统的正弦响应。节气门盘片能够迅速到达目标开度,并且与正弦曲线吻合得很好,具有良好的动态响应特性。
5 结论
电子节气门系统具有非线性和时变性。将滑模控制与模糊控制结合起来的模糊滑模控制,能够使电子节气门系统达到较好的控制效果。在MATLAB 7. 1平台上建立的电子节气门的仿真模型,验证了模糊滑模控制算法的正确性。此外,模糊滑模控制算法具有较强的鲁棒性,能够适应节气门长期使用后参数的变化。参考文献 1 马乐.电子节气门控制系统的构建[ J].内燃机工程,2005, 26(4) 2 姚琼荟,黄继起,吴汉松.变结构控制系统[M].重庆:重庆大学出版社, 1997
3 刘金琨.滑模变结构控制MATLAB仿真[M].北京:清华大学出版社, 2005
4 TheMathWorks Inc. MATLAB 7. 1 Help Documents, 2005
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