PID控制器的性能评价在发动机怠速控制中的应用

【摘要】控制系统性能评价成为近年来较新的一个控制学科研究领域,引起工业界和学术界的广泛关注,有着进一步研究的意义。另一方面,发动机怠速工况是汽车发动机运行的重要工况,怠速控制(IdleSpeedControl,简称ISC)也是汽车控制系统中最基本的问题之一,其主要目的是使汽油发动机稳定在期望转速,同时又能满足怠速排放性。研究怠速控制对于降低排放、提高汽油发动机的燃油经济性有着重大的研究意义。本文从控制系统性能评价的角度出发,以发动机怠速控制系统为研究对象,选用工业中广泛使用的PID控制回路,设计几组模糊自整定PID控制器及传统数字PID控制器,通过基于线性二次型高斯(LinearQuadraticGaussian,LQG)基准的性能评价算法对怠速系统PID控制器进行性能评价。在介绍热力学基础知识和平均值建模理论的基础上,对汽油发动机怠速系统进行数学建模。通过enDYNA仿真软件的应用,获取发动机的基本参数及工作数据。通过Matlab/Simulink建立平均值模型,在相同输入条件下对模型进行校验,验证模型的可靠性和精度。对非线性发动机平均值模型在选取的参考工作点线性离散化,建立状态空间方程：以节气门开度为控制输入,负载力矩为干扰输入,进气歧管压力为系统状态变量,发动机转速为控制输出。从抑制负载干扰的角度和基于LQG基准的性能评价方法对几组控制器进行性能分析。从抑制负载干扰的角度可以评价怠速PID控制系统在负载转矩发生阶跃时抑制干扰的能力,而基于LQG基准的性能评价是在发动机存在负载力矩干扰和输入输出噪声的情况下,通过闭环系统的实际输入输出方差所对应的最优指标与LQG性能限制曲线做比较来评价控制回路的性能。通过以上评价方法,可以帮助工程师在设计阶段评估控制回路的性能以及是否有必要构建模糊自整定环节或其他复杂的控制环节,也可以帮助驾驶员在控制系统故障未发生时提前检测,以便采取补救措施。
【作者】王春生；
【导师】马彦；
【作者基本信息】吉林大学，控制理论与控制工程，2014，硕士
【关键词】控制系统性能评价；线性二次型高斯基准；怠速控制；模糊自整定PID控制；发动机建模；

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