本文關(guān)鍵詞：基于dSPACE的柴油機(jī)缸壓反饋噴油閉環(huán)控制系統(tǒng)開發(fā)，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：基于dSPACE的柴油機(jī)缸壓反饋噴油閉環(huán)控制系統(tǒng)主要由缸內(nèi)燃燒解析單元iCAT、dSPACE快速原型、CA6DL2-35E3增壓中冷柴油機(jī)等三個(gè)主要部分組成。其原理是利用缸壓傳感器和轉(zhuǎn)速傳感器采集缸壓信號(hào)和曲軸轉(zhuǎn)角信號(hào)，然后缸內(nèi)燃燒解析單元iCAT通過缸內(nèi)燃燒當(dāng)前循環(huán)缸壓信號(hào)和曲軸轉(zhuǎn)角信號(hào)實(shí)時(shí)計(jì)算出缸內(nèi)燃燒參數(shù)CA50、IMEP，其中，CA50是累計(jì)放熱率達(dá)50%所對(duì)應(yīng)的曲軸轉(zhuǎn)角。以CA50和IMEP作為反饋?zhàn)兞坑蒬SPACE快速原型計(jì)算出缸內(nèi)燃燒后一個(gè)循環(huán)的噴油提前角和循環(huán)噴油量，并將其作為控制變量控制柴油機(jī)噴油。 整個(gè)缸壓反饋的閉環(huán)控制系統(tǒng)的開發(fā)可以分為兩大部分：軟件部分和硬件部分。軟件部分主要是開發(fā)dSPACE的閉環(huán)控制器作為缸壓反饋閉環(huán)控制系統(tǒng)的軟件系統(tǒng)。硬件部分包括缸制作dSPACE快速原型，缸內(nèi)燃燒解析單元iCAT、dSPACE快速原型和CA6DL柴油機(jī)之間的硬件連接和信號(hào)處理。 本研究主要采用離線仿真的方式開發(fā)驗(yàn)證缸壓反饋噴油閉環(huán)控制系統(tǒng)的軟件系統(tǒng)，首先根據(jù)CA6DL3-35E3柴油機(jī)參數(shù)和臺(tái)架試驗(yàn)穩(wěn)態(tài)數(shù)據(jù)用GT-POWER建立了CA6DL2-35E3虛擬柴油機(jī)模型，GT-POWER建�？煞譃椴裼蜋C(jī)進(jìn)排氣系統(tǒng)、廢氣渦輪增壓器、氣缸和噴嘴四個(gè)部分。進(jìn)排氣系統(tǒng)建模是根據(jù)柴油機(jī)進(jìn)排氣管的形狀建模，廢氣渦輪增壓器建模是根據(jù)渦輪機(jī)和壓氣機(jī)的特性曲線，氣缸建模需要根據(jù)柴油機(jī)的特點(diǎn)選取合適的燃燒模型，噴嘴建模是根據(jù)控制變量選取合適的噴嘴模型。建模完成之后，本研究通過對(duì)54個(gè)穩(wěn)態(tài)工況點(diǎn)的仿真驗(yàn)證模型的準(zhǔn)確性。 本研究軟件系統(tǒng)開發(fā)的下一步是用Matlab/Simulink搭建了柴油機(jī)噴油閉環(huán)控制模型，主要分為轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩控制、以CA50為反饋?zhàn)兞康膰娪吞崆敖强刂坪鸵訧MEP為反饋?zhàn)兞康难h(huán)噴油量控制的三個(gè)PID閉環(huán)。閉環(huán)控制模型是按照臺(tái)架試驗(yàn)的過程設(shè)計(jì)的，啟動(dòng)柴油機(jī)，先用恒轉(zhuǎn)速變轉(zhuǎn)矩的PID控制將柴油機(jī)轉(zhuǎn)速穩(wěn)定在目標(biāo)轉(zhuǎn)速。然后當(dāng)油門踏板變化，柴油機(jī)工況由穩(wěn)態(tài)工況轉(zhuǎn)為瞬態(tài)工況，開始由CA50和IMEP的PID控制來控制噴油�？刂撇呗允且苑�(wěn)態(tài)100循環(huán)CA50和IMEP的平均值作為目標(biāo)值，分別控制噴油提前角和循環(huán)噴油量。閉環(huán)控制模型搭建好之后，以Matlab/Simulink與GT-POWER聯(lián)合仿真的形式進(jìn)行離線仿真，分別對(duì)1650r/min轉(zhuǎn)速下，5s—8s內(nèi)油門開度從10%—100%工況和1650r/min轉(zhuǎn)速下，5s—15s內(nèi)油門開度從10%—90%工況控制效果進(jìn)行驗(yàn)證。通過將聯(lián)合仿真結(jié)果、瞬態(tài)臺(tái)架試驗(yàn)數(shù)據(jù)、穩(wěn)態(tài)目標(biāo)值進(jìn)行比較發(fā)現(xiàn)，在5s—8s和5s—15s這兩種瞬態(tài)工況下，IMEP的聯(lián)合仿真結(jié)果與穩(wěn)態(tài)目標(biāo)基本一致，而CA50的聯(lián)合仿真結(jié)果也比瞬態(tài)臺(tái)架試驗(yàn)結(jié)果更接近穩(wěn)態(tài)目標(biāo)值。5s—8s工況，CA50瞬態(tài)試驗(yàn)值比穩(wěn)態(tài)目標(biāo)值推后3°CA，而聯(lián)合仿真反饋控制數(shù)據(jù)只比穩(wěn)態(tài)目標(biāo)值推后了1°CA。5s—15s工況，CA50瞬態(tài)試驗(yàn)值比穩(wěn)態(tài)數(shù)據(jù)推后了1°CA，而聯(lián)合仿真控制數(shù)據(jù)只比穩(wěn)態(tài)數(shù)據(jù)推后了0.5°CA。綜上所述，Matlab/Simulink搭建的噴油閉環(huán)控制器控制效果比瞬態(tài)臺(tái)架試驗(yàn)開環(huán)控制效果更接近穩(wěn)態(tài)目標(biāo)值。 基于dSPACE的柴油機(jī)缸壓反饋噴油閉環(huán)控制系統(tǒng)硬件系統(tǒng)的缸內(nèi)燃燒解析單元iCAT是從天津大學(xué)定做的，與臺(tái)架試驗(yàn)的燃燒分析儀相比iCAT的優(yōu)勢(shì)在于能夠?qū)崟r(shí)計(jì)算CA50、IMEP、最大缸壓和壓升率等缸內(nèi)燃燒參數(shù)，保證了閉環(huán)控制反饋?zhàn)兞坑?jì)算實(shí)時(shí)性。dSPACE快速原型的制作主要在于閉環(huán)控制系統(tǒng)硬件連接接口的處理和將軟件系統(tǒng)下載到dSPACE硬件中。本研究用硬件在環(huán)試驗(yàn)實(shí)現(xiàn)對(duì)缸壓反饋噴油閉環(huán)控制系統(tǒng)的硬件連接與信號(hào)處理的實(shí)現(xiàn)。目前本研究已實(shí)現(xiàn)對(duì)柴油機(jī)進(jìn)氣壓力傳感器和油門踏板傳感器的硬件在環(huán)試驗(yàn)。將進(jìn)氣壓力傳感器和油門踏板傳感器連接dSPACE系統(tǒng)，通過dSPACE的試驗(yàn)感測軟件ControlDesk觀測進(jìn)氣壓力傳感器和油門踏板傳感器在壓力變化和踏板位置改變時(shí)的輸出值的變化，成功用進(jìn)氣壓力傳感器測出大氣壓力。ControlDesk的觀測值變化與傳感器的轉(zhuǎn)化特性和輸出特性曲線相符。進(jìn)氣壓力傳感器和油門踏板傳感器的硬件在環(huán)試驗(yàn)效果滿足實(shí)用性。
【關(guān)鍵詞】：柴油機(jī) 噴油閉環(huán)控制 dSPACE GT-POWER 聯(lián)合仿真
【學(xué)位授予單位】：吉林大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TK421.4
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-13
• 第1章 緒論13-25
• 1.1 課題背景及意義13-21
• 1.1.1 問題的提出13-19
• 1.1.2 缸內(nèi)燃燒閉環(huán)控制的意義19-21
• 1.2 缸壓反饋的閉環(huán)控制技術(shù)21-23
• 1.2.1 缸壓反饋技術(shù)21-22
• 1.2.2 缸壓反饋閉環(huán)控制技術(shù)國內(nèi)外研究現(xiàn)狀22-23
• 1.3 本文研究內(nèi)容23-25
• 第2章 增壓柴油機(jī) GT-POWER 建模25-49
• 2.1 增壓柴油機(jī)試驗(yàn)臺(tái)架25-28
• 2.1.1 CA6DL2-35E3 柴油機(jī)25-26
• 2.1.2 試驗(yàn)臺(tái)架26-28
• 2.2 GT-POWER 仿真軟件簡介28-35
• 2.2.1 GT-POWER 仿真軟件28-30
• 2.2.2 GT-POWER 缸內(nèi)流體建�；A(chǔ)30-35
• 2.3 CA6DL2-35E3 柴油機(jī)建模35-46
• 2.3.1 進(jìn)氣系統(tǒng)與排氣系統(tǒng)35-40
• 2.3.2 廢氣渦輪增壓器40-42
• 2.3.3 氣缸42-44
• 2.3.4 油噴嘴44-46
• 2.4 模型驗(yàn)證46-47
• 2.5 本章小結(jié)47-49
• 第3章 增壓柴油機(jī)缸壓反饋噴油閉環(huán)控建模49-83
• 3.1 Matlab/Simulink 建模軟件49-51
• 3.1.1 Matlab 軟件簡介49-50
• 3.1.2 Matlab/Simulink 仿真交互環(huán)境50-51
• 3.2 聯(lián)合仿真平臺(tái)51-66
• 3.2.1 Simulink 與 GT-POWER 耦合51-53
• 3.2.2 恒轉(zhuǎn)速變轉(zhuǎn)矩 PID 控制53-62
• 3.2.3 瞬態(tài)仿真結(jié)果驗(yàn)證62-66
• 3.3 噴油閉環(huán)控制器建模66-80
• 3.3.1 反饋?zhàn)兞亢涂刂谱兞康倪x取66-70
• 3.3.2 噴油閉環(huán)控制控制策略70
• 3.3.3 CA50 和 IMEP 的 PID 控制70-74
• 3.3.4 控制模型驗(yàn)證74-80
• 3.4 本章小結(jié)80-83
• 第4章 柴油機(jī)噴油閉環(huán)控制系統(tǒng)硬件在環(huán)仿真研究83-103
• 4.1 柴油機(jī)噴油閉環(huán)控制硬件系統(tǒng)介紹83-86
• 4.1.1 柴油機(jī)噴油閉環(huán)控制臺(tái)架83-84
• 4.1.2 燃燒解析單元 iCAT84-86
• 4.2 dSPACE 實(shí)時(shí)仿真系統(tǒng)86-89
• 4.2.1 dSPACE 的硬件86-88
• 4.2.2 dSPACE 的軟件88-89
• 4.3 基于 dSPACE 的柴油機(jī)傳感器硬件在環(huán)研究89-100
• 4.3.1 進(jìn)氣壓力傳感器90-96
• 4.3.2 油門踏板傳感器96-100
• 4.4 本章小結(jié)100-103
• 第5章 全文總結(jié)及工作展望103-105
• 5.1 工作總結(jié)103-104
• 5.2 工作展望104-105
• 參考文獻(xiàn)105-111
• 致謝111-113
• 作者簡介及科研成果113

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：388601