本文關(guān)鍵詞：HCCI發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒正時(shí)估計(jì)和控制方法研究

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【摘要】：均質(zhì)充氣壓縮點(diǎn)燃(Homogeneous Charge Compression Ignition,HCCI)發(fā)動(dòng)機(jī)由于擁有高的燃油利用率、低的碳氧化物和碳煙微粒排放等優(yōu)點(diǎn),成為當(dāng)前內(nèi)燃機(jī)研究的熱點(diǎn)。值得注意的是,HCCI發(fā)動(dòng)機(jī)的性能完全依賴于燃燒正時(shí)的位置,過早過晚的燃燒都會(huì)對(duì)其產(chǎn)生一定的影響,這使得燃燒正時(shí)控制問題成為HCCI發(fā)動(dòng)機(jī)研究的一個(gè)重點(diǎn)和難點(diǎn)。此外,HCCI發(fā)動(dòng)機(jī)與傳統(tǒng)的內(nèi)燃機(jī)不同,其燃燒正時(shí)不受點(diǎn)火正時(shí)或噴油正時(shí)的控制,而是由缸內(nèi)混合氣體的性質(zhì)所決定的,包括氣體的溫度、壓力、成分和濃度等。因此,要控制燃燒正時(shí),必須對(duì)混合氣體的性質(zhì)進(jìn)行控制。其中一種有效的方法是利用可變閥門正時(shí)機(jī)構(gòu)中的進(jìn)氣門關(guān)閉正時(shí)來控制發(fā)動(dòng)機(jī)的有效壓縮比和新鮮進(jìn)氣量,進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)氣體性質(zhì)的控制。雖然利用進(jìn)氣門關(guān)閉正時(shí)可以控制燃燒正時(shí),但是由于燃燒正時(shí)的特殊性和缸內(nèi)高溫高壓的環(huán)境,使得燃燒正時(shí)不能夠被直接測(cè)量得到。此外,燃燒正時(shí)需要被控制在一個(gè)很窄的范圍內(nèi),HCCI發(fā)動(dòng)機(jī)的性能才最優(yōu),因此,需要在燃燒正時(shí)準(zhǔn)確估計(jì)的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)合適的控制算法對(duì)燃燒正時(shí)進(jìn)行精確控制。為此,本文基于MATLAB平臺(tái),針對(duì)HCCI發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒正時(shí)估計(jì)和控制問題進(jìn)行研究,主要工作包括:(1)HCCI發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒正時(shí)估計(jì)的研究針對(duì)HCCI發(fā)動(dòng)機(jī)非線性化學(xué)動(dòng)力學(xué)模型所估計(jì)的燃燒正時(shí)存在實(shí)時(shí)性問題,本文利用參數(shù)辨識(shí)中的狀態(tài)空間模型辨識(shí)方法建立了線性模型,以實(shí)現(xiàn)對(duì)燃燒正時(shí)實(shí)時(shí)的估計(jì)�；诜抡娣治隹梢缘贸�,建立的線性模型所估計(jì)的燃燒正時(shí)同實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的誤差為0.5421(CAD)�？紤]到線性模型估計(jì)的燃燒正時(shí)存在的誤差相對(duì)較大,因此,在線性模型的基礎(chǔ)上,本文利用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)建立了一個(gè)燃燒正時(shí)修正模型,以降低線性模型的估計(jì)誤差。(2)基于徑向基神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)辨識(shí)的PID控制方法的研究針對(duì)燃燒正時(shí)控制問題,選擇位置式PID控制器對(duì)燃燒正時(shí)進(jìn)行控制。但是考慮到傳統(tǒng)PID控制器存在參數(shù)不能自適應(yīng)調(diào)整的不足,本文利用梯度下降法和徑向基神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對(duì)PID參數(shù)進(jìn)行動(dòng)態(tài)整定。仿真結(jié)果表明,相對(duì)傳統(tǒng)PID控制器,徑向基神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)辨識(shí)的PID控制器減少了4個(gè)控制周期的調(diào)節(jié)時(shí)間;此外,跟蹤誤差和超調(diào)量也都有一定的減少,從而說明了該控制器的控制性能比傳統(tǒng)PID控制器更優(yōu)。(3)基于模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)整定的PID控制方法的研究由于(2)中的位置式PID控制器存在超調(diào)量較大以及梯度下降法整定PID參數(shù)時(shí)存在整定時(shí)間較短等問題,因此,在(2)的基礎(chǔ)上,選擇增量式PID控制方法對(duì)燃燒正時(shí)進(jìn)行控制,并利用模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對(duì)其參數(shù)進(jìn)行動(dòng)態(tài)整定。仿真結(jié)果表明,相對(duì)傳統(tǒng)PID控制器和基于徑向基神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)辨識(shí)的PID控制器來說,基于模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)整定的PID控制器基本無超調(diào)量,且調(diào)節(jié)時(shí)間少于另外兩種控制器,從而說明基于模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)整定的PID控制器擁有更優(yōu)的控制性能。(4)基于趨近律的離散滑�？刂品椒ㄑ芯酷槍�(duì)(2)(3)設(shè)計(jì)的PID經(jīng)驗(yàn)控制器由于不能從HCCI發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部動(dòng)態(tài)去控制燃燒正時(shí)所導(dǎo)致控制時(shí)間相對(duì)較慢的問題,本文在線性模型基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了一種離散滑�？刂破鲗�(duì)燃燒正時(shí)進(jìn)行控制。該控制方法選擇燃燒正時(shí)期望值和燃燒正時(shí)估計(jì)值間的誤差和誤差變化率來設(shè)計(jì)滑模切換函數(shù),同時(shí)選擇基于理想切換動(dòng)態(tài)的趨近律作為滑�？刂破鞯内吔�。仿真結(jié)果表明,該控制器可以實(shí)現(xiàn)燃燒正時(shí)的控制;此外,離散滑�？刂破鞯目刂平Y(jié)果無超調(diào),調(diào)節(jié)時(shí)間比(2)(3)中的控制器控制結(jié)果少5個(gè)控制周期,從而說明了離散滑�？刂破鞯目刂菩阅芨鼉�(yōu)。
【關(guān)鍵詞】：HCCI發(fā)動(dòng)機(jī) 燃燒正時(shí) 估計(jì) 控制算法
【學(xué)位授予單位】：重慶郵電大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：U464
【目錄】：

• 摘要3-5
• Abstract5-9
• 注釋表9-11
• 第1章 緒論11-24
• 1.1 HCCI發(fā)動(dòng)機(jī)研究背景與意義11-16
• 1.1.1 研究背景11-15
• 1.1.2 研究意義15-16
• 1.2 HCCI發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒正時(shí)控制研究現(xiàn)狀16-23
• 1.2.1 HCCI發(fā)動(dòng)機(jī)研究歷史16-17
• 1.2.2 HCCI發(fā)動(dòng)機(jī)當(dāng)前存在的問題及解決辦法17-19
• 1.2.3 HCCI發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒正時(shí)估計(jì)模型19-21
• 1.2.4 HCCI發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒正時(shí)控制方法21-23
• 1.3 論文主要內(nèi)容和結(jié)構(gòu)23-24
• 第2章 HCCI發(fā)動(dòng)機(jī)數(shù)學(xué)模型24-41
• 2.1 HCCI發(fā)動(dòng)機(jī)非線性化學(xué)動(dòng)力學(xué)模型24-31
• 2.1.1 非線性化學(xué)動(dòng)力學(xué)模型25-29
• 2.1.2 非線性化學(xué)動(dòng)力學(xué)模型估計(jì)結(jié)果29-31
• 2.2 HCCI發(fā)動(dòng)機(jī)線性模型31-39
• 2.2.1 線性化31-33
• 2.2.2 基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的燃燒正時(shí)修正模型33-37
• 2.2.3 二分查找法的設(shè)計(jì)37-39
• 2.2.4 濾波器的設(shè)計(jì)39
• 2.3 本章小結(jié)39-41
• 第3章 基于RBF-PID控制器的燃燒正時(shí)控制研究41-52
• 3.1 RBF-PID控制器的設(shè)計(jì)41-45
• 3.2 仿真分析45-51
• 3.3 本章小結(jié)51-52
• 第4章 基于FNN-PID控制器的燃燒正時(shí)控制研究52-61
• 4.1 FNN-PID控制器的設(shè)計(jì)52-56
• 4.2 仿真分析56-60
• 4.3 本章小結(jié)60-61
• 第5章 基于離散滑模控制器的燃燒正時(shí)控制研究61-68
• 5.1 離散滑�？刂破鞯脑O(shè)計(jì)61-63
• 5.1.1 基于趨近律的離散滑�？刂破髟O(shè)計(jì)61-62
• 5.1.2 穩(wěn)定性分析62-63
• 5.2 仿真分析63-67
• 5.3 本章小結(jié)67-68
• 第6章 全文總結(jié)與展望68-70
• 6.1 全文工作總結(jié)68-69
• 6.2 工作展望69-70
• 參考文獻(xiàn)70-78
• 致謝78-79
• 攻讀碩士學(xué)位期間從事的科研工作及取得的成果79

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：930541