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基于模型的发动机电动全可变气门升程控制研究
| 论文题名： | 基于模型的发动机电动全可变气门升程控制研究 |
| 关键词： | 汽车发动机;电动全可变气门;H∞最优控制器;精确线性化方法;系统试验平台 |
| 摘要： | 汽车油耗和排放的新法规对发动机的性能提出了更高的要求，应用电动全可变气门机构实现发动机换气的灵活调节是改善发动机性能的重要研究方向。实现气门升程、配气相位、开启持续期的柔性控制，需要对电动全可变气门机构进行精确控制。本文针对一种由电磁直线执行器和磁流变缓冲器组成的新型电动全可变气门机构，以克服系统非线性和复杂工作环境的影响实现气门的精确控制为目标，通过系统特性、数学建模、仿真分析和试验研究方法对电动全可变气门机构的控制展开了研究。论文主要开展了以下几个方面的研究： (1)研究了电动全可变气门机构的系统特性。首先介绍了系统的组成和工作原理。其次，通过仿真和试验分析了系统的静态特性、动态特性和迟滞特性，明确了系统内非线性因素的影响。最后，在此基础上提出了气门精确运动控制和提高系统鲁棒性的要求。 (2)建立了电动全可变气门机构的非线性数学模型。基于系统静态特性，构建了基于等效磁路模型的电磁力模型，并进行了模型验证。针对气门运动过程中的摩擦迟滞现象，搭建了系统LuGre摩擦模型，并进行了参数辨识。运用数据拟合方法得到气门受到的气体力模型。最后搭建电动全可变气门机构的整体模型，基于Matlab/Simulink建立系统仿真模型。 (3)提出了基于H∞鲁棒控制的电动全可变气门系统复合控制策略。为了便于控制方法的设计，应用精确线性化方法对非线性模型进行了模型线性化。针对电动全可变气门在工作过程中受到扰动和参数变化等不利因素的影响，提出H∞最优控制器结合扰动观测器的控制策略。通过仿真分析，验证了复合控制策略在气门过渡过程和落座过程的可行性和合理性，并对系统鲁棒性进行了分析。 (4)搭建系统试验平台并进行试验研究。搭建电动全可变气门系统试验平台，并基于试验平台实现了控制策略应用于电动全可变气门系统的试验研究。通过对气门运动过程、气门变参数以及循环一致性试验研究，验证了控制策略的有效性和系统的鲁棒性。 |
| 作者： | 黄维能 |
| 专业： | 机械工程 |
| 导师： | 刘梁 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 南京理工大学 |
| 学位年度： | 2021 |
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