本文關(guān)鍵詞：火花點(diǎn)火式汽油發(fā)動(dòng)機(jī)的燃空比控制方法研究

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【摘要】：火花點(diǎn)火式汽油發(fā)動(dòng)機(jī)的燃空比(Fuel-Air Ratio,FAR)控制要求是根據(jù)進(jìn)氣量調(diào)整噴油量,使缸內(nèi)FAR在理論化學(xué)計(jì)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(dá)到低排放的目的。由于其重要的理論和工程意義,長(zhǎng)期以來(lái)FAR控制的研究始終得到了國(guó)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(diǎn)火式汽油發(fā)動(dòng)機(jī)FAR控制性能為目的,對(duì)火花點(diǎn)火式汽油發(fā)動(dòng)機(jī)的FAR控制問(wèn)題進(jìn)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(diǎn)火式汽油發(fā)動(dòng)機(jī)FAR控制性能的因素,設(shè)計(jì)了一種時(shí)滯依賴增益調(diào)度FAR控制器,以解決傳輸時(shí)滯對(duì)FAR控制的影響問(wèn)題;針對(duì)進(jìn)氣流量快速變化等瞬態(tài)工況下濕壁效應(yīng)影響無(wú)法忽略的問(wèn)題,提出了一種濕壁效應(yīng)估計(jì)器和時(shí)滯依賴FAR控制器聯(lián)合設(shè)計(jì)的方法;針對(duì)氧傳感器老化等不確定性和可變傳輸時(shí)滯問(wèn)題,探討了一種FAR魯棒控制器設(shè)計(jì)方法。本文第二章按照FAR系統(tǒng)工質(zhì)流動(dòng)順序討論了火花點(diǎn)火式汽油發(fā)動(dòng)機(jī)FAR建模問(wèn)題。針對(duì)火花點(diǎn)火式汽油發(fā)動(dòng)機(jī)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(jìn)氣流量估計(jì)誤差對(duì)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(shí)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(shí)滯特征的火花點(diǎn)火式汽油發(fā)動(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)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(jìn)氣估計(jì)誤差和濕壁效應(yīng)對(duì)模型精度的影響。結(jié)果表明,蒸發(fā)排放對(duì)FAR的影響主要體現(xiàn)為蒸發(fā)排放氣體中燃油的影響;進(jìn)氣流量估計(jì)誤差直接影響火花點(diǎn)火式汽油發(fā)動(dòng)機(jī)FAR;濕壁效應(yīng)對(duì)FAR的影響主要體現(xiàn)在迅速打開(kāi)或關(guān)閉節(jié)氣門(mén)等瞬態(tài)工況�；鸹c(diǎn)火式汽油發(fā)動(dòng)機(jī)FAR系統(tǒng)中的傳輸時(shí)滯隨工況發(fā)生變化,使得FAR控制具有可變時(shí)滯特征。本文第三章研究了具有時(shí)滯變化的FAR控制器設(shè)計(jì)問(wèn)題。為了提高控制精度,減小保守性,在FAR控制器設(shè)計(jì)過(guò)程中保留被控對(duì)象中的可變傳輸時(shí)滯信息,并考慮到傳輸時(shí)滯與進(jìn)入氣缸的空氣流量和發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速有關(guān),且在較大范圍內(nèi)變化的特點(diǎn),給出一種根據(jù)時(shí)滯大小改變控制器增益的時(shí)滯依賴記憶控制器設(shè)計(jì)方法。本章給出的方法可提高FAR的控制精度,并減小時(shí)滯變化范圍較大帶來(lái)的控制器保守性。仿真結(jié)果表明,本章設(shè)計(jì)控制器具有較好的擾動(dòng)抑制性能和期望FAR跟蹤性能。但濕壁現(xiàn)象增加時(shí),會(huì)導(dǎo)致控制性能的下降。節(jié)氣門(mén)迅速打開(kāi)或關(guān)閉等瞬態(tài)工況將引起進(jìn)氣壓力和進(jìn)氣流量的劇烈變化。此時(shí),濕壁效應(yīng)的影響會(huì)增加。對(duì)此,本文第四章研究了考慮濕壁效應(yīng)和傳輸時(shí)滯變化的FAR控制器設(shè)計(jì)方法。針對(duì)濕壁效應(yīng)無(wú)法通過(guò)傳感器測(cè)量的問(wèn)題,第四章建立了濕壁效應(yīng)估計(jì)方程,給出了一種具有變化時(shí)滯的濕壁效應(yīng)估計(jì)方法,導(dǎo)出了保證估計(jì)器收斂的線性矩陣不等式,獲得一種參數(shù)依賴的觀測(cè)器增益求取方法。在此基礎(chǔ)上,設(shè)計(jì)了一種補(bǔ)償濕壁效應(yīng)和根據(jù)時(shí)滯大小改變控制器增益的時(shí)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(dòng)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(duì)此進(jìn)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(shí)得到的實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ?將FAR控制問(wèn)題轉(zhuǎn)化為具有有界未知時(shí)滯和參數(shù)不確定的一階時(shí)滯系統(tǒng)跟蹤問(wèn)題,提出了一種具有參數(shù)和時(shí)滯不確定系統(tǒng)的魯棒控制器設(shè)計(jì)方法。本章給出的方法充分考慮了被控對(duì)象的有界未知輸入時(shí)滯和參數(shù)不確定這一特性,能夠根據(jù)實(shí)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(shí),本章設(shè)計(jì)的控制器具有較好的FAR跟蹤性能及擾動(dòng)抑制性能。
【關(guān)鍵詞】：火花點(diǎn)火式汽油發(fā)動(dòng)機(jī) FAR控制 傳輸時(shí)滯 濕壁效應(yīng) 時(shí)滯依賴
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：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(jī)燃空比系統(tǒng)的概述13-15
• 1.3 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀及分析15-24
• 1.3.1 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀16-23
• 1.3.2 目前研究中存在的問(wèn)題23-24
• 1.4 本文主要研究?jī)?nèi)容24-25
• 第2章 汽油機(jī)燃空比系統(tǒng)建模與分析25-41
• 2.1 引言25
• 2.2 汽油機(jī)燃空比系統(tǒng)建模25-28
• 2.3 汽油機(jī)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(duì)比分析35-40
• 2.4 本章小結(jié)40-41
• 第3章 汽油機(jī)燃空比系統(tǒng)的增益調(diào)度時(shí)滯依賴控制器設(shè)計(jì)41-62
• 3.1 引言41-42
• 3.2 預(yù)備知識(shí)42-43
• 3.2.1 矩陣交叉項(xiàng)界定方法42
• 3.2.2 變限的含參變量積分42-43
• 3.2.3 Schur補(bǔ)引理43
• 3.2.4 錐補(bǔ)線性化43
• 3.3 控制模型及控制問(wèn)題描述43-45
• 3.4 控制器設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)45-53
• 3.4.1 控制器設(shè)計(jì)與分析45-51
• 3.4.2 控制器實(shí)現(xiàn)51-53
• 3.5 仿真研究53-61
• 3.5.1 擾動(dòng)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(duì)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(jī)燃空比控制器設(shè)計(jì)62-78
• 4.1 引言62
• 4.2 基于觀測(cè)器的燃空比控制器設(shè)計(jì)62-68
• 4.2.1 濕壁效應(yīng)觀測(cè)器設(shè)計(jì)62-67
• 4.2.2 基于觀測(cè)器的控制器設(shè)計(jì)67-68
• 4.3 仿真研究68-77
• 4.3.1 時(shí)滯依賴的觀測(cè)器性能分析68-73
• 4.3.2 基于觀測(cè)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(jī)燃空比系統(tǒng)魯棒控制器設(shè)計(jì)78-102
• 5.1 引言78
• 5.2 控制問(wèn)題描述78-81
• 5.3 控制器設(shè)計(jì)及分析81-91
• 5.4 仿真研究91-101
• 5.4.1 擾動(dòng)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(duì)比分析98-101
• 5.5 本章小結(jié)101-102
• 結(jié)論102-104
• 參考文獻(xiàn)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(gè)人簡(jiǎn)歷116

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本文編號(hào)：806013