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汽车电子节气门系统建模与离散滑模控制方法研究
| 论文题名： | 汽车电子节气门系统建模与离散滑模控制方法研究 |
| 关键词： | 汽车电子节气门系统;滑模控制;离散滑模控制;摩擦弹簧;离散干扰观测器 |
| 摘要： | 传统的机械式节气门控制系统不够灵活、精度低，无法实现人们对于汽车驾驶性能越来越高的要求以及政府对于尾气排放的严格限制。电子节气门控制系统使用电控技术准确控制节气门开度的大小，保证了发动机内合适的空燃比，以达到节能减排的目的。所以，提高汽车电子节气门的控制性能对提升汽车发动机的性能具有重要作用。滑模控制算法是一种设计简单、鲁棒性强的控制算法，被广泛应用于电子节气门控制系统。考虑到节气门离散控制器受到采样频率限制，可能造成控制性能下降问题，本文将基于离散节气门系统模型设计离散滑模控制器。 本文首先介绍电子节气门系统的结构和机电特性，并建立了系统数学模型。基于该模型，首先研究了离散PID控制算法在摩擦、弹簧和外部扰动的影响下，难以取得较好的控制性能。因此，我们提出了基于干扰补偿的电子节气门离散滑模控制算法。其中，弹簧、摩擦和外部干扰被当作集总干扰，利用延迟估计方法进行估计补偿。仿真和实验表明，相比于PID，所提出的算法具有更好的动态性能和抗干扰性能。 为削弱离散滑模控制算法中的高频抖动，引入了PIO离散观测器，起到低通滤波作用，且通过对干扰的估计补偿减小了控制器切换增益。实验和仿真证明了该方法的有效性。考虑节气门在往返运动、“跛行位置”附近分别受到摩擦和弹簧影响大，电子节气门存在跟踪精度降低问题，本文对库伦摩擦非线性模型和弹簧非线性模型进行了辨识，再针对包含该非线性的电子节气门模型设计了基于PIO+反馈线性化的离散滑模控制算法。仿真和实验验证了该控制算法的跟踪精度更高。 为进一步消除抖振问题，提升电子节气门的动态响应速度和控制精度。本文设计了快速终端滑模面来代替线性滑模面，并且使用连续非光滑函数来代替到达律中的切换函数。最后仿真和实验表明了该方法的有效性。 |
| 作者： | 宋梦颖 |
| 专业： | 控制工程 |
| 导师： | 李世华 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 东南大学 |
| 学位年度： | 2021 |
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