基于模型的废气再循环控制系统设计及硬件在环仿真

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1、江苏大学硕士学位论文摘要NOx是内燃机主要排放污染物之一，世界各国的排放法规都对NOx排放做了严格的规定。废气再循环(EGR)是目前应用最广泛的NOx净化技术，围绕着电控EGR控制策略的开发及其应用，国外已经进行了比较深入的研究，积累了丰富的经验。国内也在电控EGR系统的开发、匹配、应用等方面开展了初步的研究。在分析各种EGR控制系统的基础上，提出了以EGR阀开度为反馈信号的闭环控制方案。设计了通信、控制、执行器驱动和诊断模块，编写了EGR控制程序，设计了传感器信号发生器，搭建了EGR控制系统硬件在环仿真平台。为了克服传统EGR阀开度控制突变性强、瞬态响应差的不足，选用线性EGR阀，分析了该系

2、统的工作过程、执行器结构和PWM控制规律。采用最小二乘法，建立了EGR雠I]系统的物理模型，在Simulink软件环境中，建立了发动机平均值模型，便于后续控制器性能测试和硬件在环仿真。基于控制系统的频域理论，设计了基于模糊PID的改进型Smith预估控制器。在基本Smith预估控制的基础上，采用系统输出的变化率与预估器输出变化率的比值，判断被控对象增益的变化趋势，在线修正控制器和预估模型增益，从而实现动态增益预估自适应。-结合EGR系统的物理模型，进行了控制器软件在环测试。结果表明，控制器具有很好的鲁棒性和瞬态响应特性，对非线性EGR系统的时滞现象有很好抑制作用。基于产品级ECU硬件的快速原型

3、开发平台，以电子节气门开度、转速、冷却水温和进气流量作为输入信号，EGR阀位置作为反馈信号，编写了闭环EGR控制程序。设计了CAN通信、传感器信号诊断、执行器诊断和执行器驱动等功能模块，便于后续发动机电控策略的开发。分析了在环仿真的信号需求，设计了传感器信号发生器。采用硬件电路和江苏大学硕士学位论文程序，模拟产生发动机转速、冷却水温、进气压力、进气流量、凸轮轴相位等常用传感器信号，并与ECU硬件、标定软件进行CAN翅i信。建立了EG啦制器硬件在环仿真平台，测试了传感器信号发生器的工作状态和EGR控制器的响应特性。通过模拟发动机的运行工况，考察了EGR控制器的性能。结果表明，传感器信号发生器可以

4、模拟产生各种常用的传感器信号，实现与ECU硬件、标定软件的顺畅通信。EGR控制器具有良好的稳态特性和动态响应特性，可以满足发动机对EGI滥制系统的要求，为以后实际应用奠定基础。关键词：废气再循环，模糊PID控制，Smith预估控制，快速原型，硬件在环仿真江苏大学硕士学位论文ABSTRACTNOxistheoneofthemajorpollutantsinengineemissions．NOxemissionisstrictlylimitedintheemissionregulationsaroundtheworld．ExhaustgasrecirculationisasortofNOxdeco

5、ntaminationtechnologythatismostwidelyusedovertheword．ForeigncountrieshaddeeplystudiedEGRapplicationandaccumulatedagreatdealofexperienceonEGRcontrolstrategydevelopment．Recentyears，ourcountryhasstudiedtheEGRapplicationandelectroniccontrolstrategydevelopmenttechnology．BasedontheanalysisofvariousEGRcont

6、rolsystems，theEGRcontrolprogramthatthefeedbacksingalisEGRvalveopeningisproposed．Thepaperdesignedcommunicationmodule，controlmodule，actuatordrivingmoduleanddiagnosticmodule，andtheEGRcontrolprogramismade．OtherwisethesensorsingalgeneratorisdesignedandEGRhardwareintheloopsimulationplatformissetup．ThenEGR

7、controllerissimulatedontheplatform．BecausetheopeningoftraditionalEGRvalveismutationalbytheengineconditionvariation，thelinearEGRvalveischoosed．BasedontheanalysisofEGRsystemworkingprocess，thestructureof