發(fā)布時間：2017-09-06 23:17

  本文關(guān)鍵詞：火花點火式汽油發(fā)動機的燃空比控制方法研究

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【摘要】：火花點火式汽油發(fā)動機的燃空比(Fuel-Air Ratio,FAR)控制要求是根據(jù)進氣量調(diào)整噴油量,使缸內(nèi)FAR在理論化學(xué)計量比附近很窄的范圍內(nèi)變化,最大化三元催化轉(zhuǎn)換器的凈化作用,達到低排放的目的。由于其重要的理論和工程意義,長期以來FAR控制的研究始終得到了國內(nèi)外學(xué)者的廣泛關(guān)注。本文緊密結(jié)合工程應(yīng)用背景,以提高火花點火式汽油發(fā)動機FAR控制性能為目的,對火花點火式汽油發(fā)動機的FAR控制問題進行了深入分析與研究。本文綜述了FAR控制的研究現(xiàn)狀,分析了影響火花點火式汽油發(fā)動機FAR控制性能的因素,設(shè)計了一種時滯依賴增益調(diào)度FAR控制器,以解決傳輸時滯對FAR控制的影響問題;針對進氣流量快速變化等瞬態(tài)工況下濕壁效應(yīng)影響無法忽略的問題,提出了一種濕壁效應(yīng)估計器和時滯依賴FAR控制器聯(lián)合設(shè)計的方法;針對氧傳感器老化等不確定性和可變傳輸時滯問題,探討了一種FAR魯棒控制器設(shè)計方法。本文第二章按照FAR系統(tǒng)工質(zhì)流動順序討論了火花點火式汽油發(fā)動機FAR建模問題。針對火花點火式汽油發(fā)動機存在的濕壁效應(yīng),給出了油膜質(zhì)量變化率的數(shù)學(xué)描述。在此基礎(chǔ)上,考慮了蒸發(fā)排放和進氣流量估計誤差對FAR的影響,討論了混合氣在缸內(nèi)滯留以及排氣歧管中傳輸時滯等原因和描述方式,給出了一種反映濕壁效應(yīng)、蒸發(fā)排放及可變傳輸時滯特征的火花點火式汽油發(fā)動機FAR狀態(tài)方程描述。為了分析本章給出的模型精度以及影響精度的因素,本章描述了基于TESIS公司發(fā)動機仿真軟件en DYNA的高精度FAR仿真系統(tǒng)構(gòu)建方法,并在多種工況下應(yīng)用仿真方法分析了蒸發(fā)排放、進氣估計誤差和濕壁效應(yīng)對模型精度的影響。結(jié)果表明,蒸發(fā)排放對FAR的影響主要體現(xiàn)為蒸發(fā)排放氣體中燃油的影響;進氣流量估計誤差直接影響火花點火式汽油發(fā)動機FAR;濕壁效應(yīng)對FAR的影響主要體現(xiàn)在迅速打開或關(guān)閉節(jié)氣門等瞬態(tài)工況。火花點火式汽油發(fā)動機FAR系統(tǒng)中的傳輸時滯隨工況發(fā)生變化,使得FAR控制具有可變時滯特征。本文第三章研究了具有時滯變化的FAR控制器設(shè)計問題。為了提高控制精度,減小保守性,在FAR控制器設(shè)計過程中保留被控對象中的可變傳輸時滯信息,并考慮到傳輸時滯與進入氣缸的空氣流量和發(fā)動機轉(zhuǎn)速有關(guān),且在較大范圍內(nèi)變化的特點,給出一種根據(jù)時滯大小改變控制器增益的時滯依賴記憶控制器設(shè)計方法。本章給出的方法可提高FAR的控制精度,并減小時滯變化范圍較大帶來的控制器保守性。仿真結(jié)果表明,本章設(shè)計控制器具有較好的擾動抑制性能和期望FAR跟蹤性能。但濕壁現(xiàn)象增加時,會導(dǎo)致控制性能的下降。節(jié)氣門迅速打開或關(guān)閉等瞬態(tài)工況將引起進氣壓力和進氣流量的劇烈變化。此時,濕壁效應(yīng)的影響會增加。對此,本文第四章研究了考慮濕壁效應(yīng)和傳輸時滯變化的FAR控制器設(shè)計方法。針對濕壁效應(yīng)無法通過傳感器測量的問題,第四章建立了濕壁效應(yīng)估計方程,給出了一種具有變化時滯的濕壁效應(yīng)估計方法,導(dǎo)出了保證估計器收斂的線性矩陣不等式,獲得一種參數(shù)依賴的觀測器增益求取方法。在此基礎(chǔ)上,設(shè)計了一種補償濕壁效應(yīng)和根據(jù)時滯大小改變控制器增益的時滯依賴記憶控制器。仿真結(jié)果表明,本章給出的FAR控制器在穩(wěn)態(tài)工況和瞬態(tài)工況下均具有較好的期望FAR跟蹤性能和擾動抑制性能。氧傳感器老化將引起FAR模型參數(shù)的變化,導(dǎo)致FAR控制性能下降。本文第五章對此進行了研究。為了便于分析研究,第五章采用基于輸入輸出響應(yīng)特性辨識得到的實驗?zāi)Ｐ?將FAR控制問題轉(zhuǎn)化為具有有界未知時滯和參數(shù)不確定的一階時滯系統(tǒng)跟蹤問題,提出了一種具有參數(shù)和時滯不確定系統(tǒng)的魯棒控制器設(shè)計方法。本章給出的方法充分考慮了被控對象的有界未知輸入時滯和參數(shù)不確定這一特性,能夠根據(jù)實際工況調(diào)整控制器增益,提高了控制性能。仿真結(jié)果表明,氧傳感器老化時,本章設(shè)計的控制器具有較好的FAR跟蹤性能及擾動抑制性能。
【關(guān)鍵詞】：火花點火式汽油發(fā)動機 FAR控制 傳輸時滯 濕壁效應(yīng) 時滯依賴
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TK411
【目錄】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-12
• 第1章 緒論12-25
• 1.1 課題背景及研究意義12-13
• 1.2 汽油機燃空比系統(tǒng)的概述13-15
• 1.3 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及分析15-24
• 1.3.1 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀16-23
• 1.3.2 目前研究中存在的問題23-24
• 1.4 本文主要研究內(nèi)容24-25
• 第2章 汽油機燃空比系統(tǒng)建模與分析25-41
• 2.1 引言25
• 2.2 汽油機燃空比系統(tǒng)建模25-28
• 2.3 汽油機燃空比系統(tǒng)模型分析28-40
• 2.3.1 仿真環(huán)境構(gòu)建29-31
• 2.3.2 影響燃空比模型精度的因素分析31-35
• 2.3.3 燃空比模型對比分析35-40
• 2.4 本章小結(jié)40-41
• 第3章 汽油機燃空比系統(tǒng)的增益調(diào)度時滯依賴控制器設(shè)計41-62
• 3.1 引言41-42
• 3.2 預(yù)備知識42-43
• 3.2.1 矩陣交叉項界定方法42
• 3.2.2 變限的含參變量積分42-43
• 3.2.3 Schur補引理43
• 3.2.4 錐補線性化43
• 3.3 控制模型及控制問題描述43-45
• 3.4 控制器設(shè)計及實現(xiàn)45-53
• 3.4.1 控制器設(shè)計與分析45-51
• 3.4.2 控制器實現(xiàn)51-53
• 3.5 仿真研究53-61
• 3.5.1 擾動抑制性能53-55
• 3.5.2 期望燃空比跟蹤性能55-57
• 3.5.3 不同燃空比控制器對比分析57-59
• 3.5.4 瞬態(tài)工況下燃空比控制性能的影響分析59-61
• 3.6 本章小結(jié)61-62
• 第4章 考慮濕壁效應(yīng)的汽油機燃空比控制器設(shè)計62-78
• 4.1 引言62
• 4.2 基于觀測器的燃空比控制器設(shè)計62-68
• 4.2.1 濕壁效應(yīng)觀測器設(shè)計62-67
• 4.2.2 基于觀測器的控制器設(shè)計67-68
• 4.3 仿真研究68-77
• 4.3.1 時滯依賴的觀測器性能分析68-73
• 4.3.2 基于觀測器的控制器性能分析73-77
• 4.4 本章小結(jié)77-78
• 第5章 考慮傳感器老化的汽油機燃空比系統(tǒng)魯棒控制器設(shè)計78-102
• 5.1 引言78
• 5.2 控制問題描述78-81
• 5.3 控制器設(shè)計及分析81-91
• 5.4 仿真研究91-101
• 5.4.1 擾動抑制性能92-96
• 5.4.2 期望燃空比跟蹤性能96-98
• 5.4.3 燃空比控制器對比分析98-101
• 5.5 本章小結(jié)101-102
• 結(jié)論102-104
• 參考文獻104-113
• 攻讀博士學(xué)位期間發(fā)表的論文及其他成果113-115
• 致謝115-116
• 個人簡歷116

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本文編號：806013