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电子节气门的滑模变结构控制研究
| 论文题名： | 电子节气门的滑模变结构控制研究 |
| 关键词： | 电子节气门;滑模控制;李雅普诺夫稳定性;扩张状态观测器;滑模控制器仿真 |
| 摘要： | 2009年，中国成为世界汽车产销第一大国。在巨大汽车保有量的背景下，如何有效降低汽车尾气排放量，提高燃油的使用效率，成为了摆在人民面前一个严峻的问题。与此同时，更安全、更舒适的驾乘体验越来越受到广大消费者的追求。现代汽车广泛采用先进的汽车发动机管理系统减少汽车排放和提升汽车控制性能。节气门是发动机的“咽喉”，它控制着汽车发动机空气的进入，是汽车发动机中关键的一部分。因此，实现对汽车发动节气门的快速和精确控制，对提升发动机管理系统性能具有极其重要的意义。 为了实现对节气门的精确和快速控制，首先需要建立电子节气门控制系统的数学模型。本文以联合汽车电子生产的电子节气门控制系统为例，详细的介绍控制系统的机械结构和工作原理；分析电子节气门体中存在的非线性，对其中的非线性采用等效模型进行简化；建立电子节气门控制系统的机械特性方程和电气特性方程，并整理电子节气门控制系统的状态方程。 滑模控制对系统中存在的不确定性因素与未建模动态具有很好的鲁棒性和抗干扰性。考虑到电子节气门控制系统中存在诸多不确定性，本文从滑模控制方法的角度出发研究对电子节气门的控制。首先，以电子节气门的数学模型为基础，依次设计电子节气门的普通线性滑模控制器、终端滑模控制器、非奇异终端滑模控制器、快速终端滑模控制器和非奇异快速终端滑模控制器。其次，采用李雅普诺夫稳定性理论分析控制器的稳定性，并计算系统状态从任意初始位置收敛到平衡位置所需要的时间。最后，针对控制器中存在的不可测量量设计扩张状态观测器对其进行估计。 为验证所设计的五种控制器的动态跟踪性能，本文在 MATLAB/Simulink中搭建电子节气门控制系统的仿真模型，对控制器和控制对象以及状态观测器模块均采用S函数进行封装。采用四种期望信号分别验证五种控制器的跟踪性能，仿真结果表明非奇异快速终端滑模控制器可满足节气门控制响应速度快和控制精度高的要求。最后通过扰动仿真实验验证非奇异快速终端滑模控制器的鲁棒性能。综合仿真结果可知，非奇异快速终端滑模控制方法可满足电子节气门控制的要求。 |
| 作者： | 喻文 |
| 专业： | 仪器科学与技术 |
| 导师： | 孟志强 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 湖南大学 |
| 学位年度： | 2017 |
| 正文语种： | 中文 |
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