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《电子节气门鲁棒滑模控制仿真研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在工程资料-天天文库。
1、第40卷第7期西南大学学报(自然科学版)2018年7月Vol.40No.7JournalofSouthwestUniversity(NaturalScienceEdition)Jul.2018DOI:10.13718/j.cnki.xdzk.2018.07.022电子节气门鲁棒滑模控制仿真研究①杨勇,黄福,张济明广东技术师范学院机电学院,广州510635摘要:针对电子节气门系统的非线性环节和外部干扰复杂多变的问题,结合电子节气门的结构特点,建立了电子节气门数学模型,提出了一种基于指数趋近律的非线性鲁棒滑模控制,并对其进行了控制仿真.实验结果表明,基于指数趋近律的
2、滑模鲁棒控制不仅能满足快速到达期望节气门开度,实现高精度控制等要求,而且可以增强电子节气门系统对外界干扰的鲁棒性.关键词:鲁棒滑模控制;电子节气门;非线性;指数趋近律中图分类号:U461文献标志码:A文章编号:16739868(2018)07015908汽车电子节气门是当今汽车发动机能量管理系统中不可或缺的一环,发动机ECU根据加速踏板传感器信号、节气门位置传感器信号、进气温度信号等,通过设计微控制器,驱动电机获得不同工况下节气门的最佳开度.节气门控制的精度、反应的快慢以及抗干扰鲁棒性将直接影响发动机进气量和燃油喷射量,进而影响汽车的动力性和燃油经济性.[1-2
3、]电子节气门具有非线性、不确定性、迟滞等特点,主要是电子节气门减速机构存在间隙,复位弹簧扭矩不连续,机械运动部件存在库伦、粘滞等多种摩擦.为了满足电子节气门动态过程快速、准确[3-7][8]和稳态过程误差尽可能小的要求,国内外学者在电子节气门控制中做了很多研究.Horn等提出了一种超螺旋滑模控制算法,虽然能有效地消除电子节气门抖振,但由于在设计控制器时加入了模糊算[9]法,使得系统实时控制运算变得复杂;张邦基等提出了一种电子节气门位置最优预见控制算法,使节气门控制器对节气门物理参数难以辨别以及外部干扰不确定等因素的敏感度降低,以提高控制系统的[10]稳定性和鲁棒
4、性;郑太雄等针对电子节气门的非线性特性,提出了一种基于Luenberger观测器的电子节气门全局快速滑模控制方法,并设计了扰动自适应律,较好地改善了电子节气门控制系统的稳定性[11]和鲁棒性;Wang等针对电子节气门的非线性迟滞特性,提出了一种基于前馈补偿器的智能模糊反馈控制算法,但用于补偿电子节气门迟滞特性的模糊规则设计得不够理想,以致于不能达到预期精确补偿[12]电子节气门非线性迟滞的效果.孟志强等针对电子节气门非线性问题,设计了一种非奇异快速终端滑[13]模控制器,能有效地提高电子节气门系统的响应速度和控制精度.巩明德等针对汽车电子节气门控制系统缺乏驾驶临
5、场感、非线性以及未建模动态不确定性等问题,提出了一种双向伺服力反馈控制方法,以加强电子节气门控制系统的稳定性和鲁棒性.本文针对电子节气门的非线性因素和外部干扰的复杂问题,分析了电子节气门的结构,提出了一种基于指数趋近律的滑模鲁棒控制策略,对电子节气门开度进行了高精度和快速响应控制,增强了电子节气门控制系统的鲁棒性和稳定性.1电子节气门数学模型车用电子节气门主要由节气门阀、直流驱动电机、减速齿轮组、复位弹簧和节气门位置传感器等组成,①收稿日期:20180111基金项目:广东省自然科学基金项目(2015A030313662,2016A030313730);广东省应用
6、型科技重大专项(2015B090923001).作者简介:杨勇(1968),男,博士,教授,主要从事汽车零部件制造、自动控制及机器人技术研究.2西南大学学报(自然科学版)http://xbbjb.swu.edu.cn第40卷电机输入电压在电枢回路中产生电枢电流,电枢电流与励磁磁通相互作用产生电磁转矩.电磁转矩克服节气门转轴上的负载,带动节气门转动,实现电子节气门转角位置控制,其结构如图1所示.图1电子节气门结构示意图根据基尔霍夫定律,直流电动机电枢电路方程为diRai+La+Vb=Ea(1)dtdθmVb=Kb(2)dtTmi=(3)KT式中,Ra为直流电动机的
7、电阻(Ω);i为直流电动机电流(A);La为直流电动机的电感(mH);Vb为电动机反电动势(V);Ea为电动机输入电压(V);Kb为电动机反电动势常数(V/rad);θm为电动机旋转角度(rad);Tm为电动机转矩(N·m);KT为转矩常数(N·m/A).将式(2)和式(3)带入式(1),得TmdidθmRa+La+Kb=Ea(4)KTdtdt根据牛顿第二定律建立节气门运动学方程22dθJtn2=Tm-Tsp-Tf(5)dt式中,J为电机侧系统总转动惯量(kg·m2);θ为节气门转角(rad);n为齿轮机构减速比(-);T为复位tsp弹簧扭矩(N·m);T为摩擦
8、扭矩(N·m).f复位弹
