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基于MAP自标定的发动机空燃比控制研究
| 论文题名： | 基于MAP自标定的发动机空燃比控制研究 |
| 关键词： | 汽车发动机;空燃比控制;进气估计;MAP自标定;反馈线性化控制 |
| 摘要： | 增程式发动机是串联式混合动力系统的关键部件，为实现其良好的经济性、动力性与排放特性，需要对发动机的空燃比系统进行深入研究，实现空燃比的最优控制。车用发动机经常运行在各种工况下，其空燃比系统具有非线性、时变和时滞的特点，这会给系统的建模带来困难，从而影响空燃比的控制效果，因此，研究考虑空燃比系统特性的控制策略具有重要意义。 本文针对BMW F800GS型发动机的空燃比控制，首先设计了相关进气估计算法并搭建增程式发动机实验台架。然后，对发动机空燃比系统进行建模，基于反馈线性化控制方法设计空燃比控制器，以实现通过进气估计算法和空燃比控制器使得发动机的空燃比能够稳定在目标值。最后，通过实验验证进气估计算法、空燃比系统建模和空燃比控制器的有效性。本文的研究工作主要包括以下几个方面： 首先，针对发动机的进气估计问题，节气门处的充排气效应和进气系统的非线性是导致进气估计精度不佳的主要原因。为提高进气估计的准确性，设计一种基于 map 自学习的发动机进气估计算法。首先将与发动机工况有关的时变参数容积效率描述成一个与发动机转速和进气压力相关的 map 表，实现进气系统的非线性模型局部线性化。接着采用分段双线性插值算法计算容积效率，并结合自适应观测器实时估计系统状态和容积效率。最后通过速度密度模型得到发动机进气流量估计。 其次，针对发动机空燃比系统建模进行研究。考虑到空燃比系统具有时变非线性的特点，而湿壁效应的时变特征最为明显，因此，本文采用递推最小二乘法对湿壁模型参数进行在线辨识。接着考虑到实际的空燃比系统会受到大量扰动的影响，设计了扩张状态观测器对系统建模误差进行估计，由此可以得到发动机空燃比系统的实时模型。基于以上研究，本文提出一种基于反馈线性化控制方法的空燃比系统控制策略。 最后，在实验台架上设计发动机瞬态工况下的进气估计实验，通过在线调整控制算法各项参数，保证观测器的收敛性。实验结果表明，观测器可以实时估计系统状态和容积效率，验证了本文算法在发动机瞬态工况下可以提高发动机系统的进气估计精度。然后设计了发动机空燃比系统验模实验，通过变节气门角度与变喷油脉宽两种瞬态工况验证了发动机空燃比系统模型的准确性。最后，分别设计了固定节气门修改目标空燃比和固定目标空燃比修改节气门的两组空燃比控制实验，实验结果表明，本文提出的空燃比控制方法是有效的。 |
| 作者： | 刘欣 |
| 专业： | 控制科学与工程 |
| 导师： | 高金武 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 吉林大学 |
| 学位年度： | 2023 |
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