汽油发动机基于暂态进气量估计的空燃比控制策略研究

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1、硕士学位论文MASTER'SDISSERTATION论文题目汽油发动机基于暂态进气量估计的空燃比控制策略研究作者姓名冯煜学科专业控制理论与控制工程指导教师焦晓红教授2015年5月-I-中图分类号：TP273学校代码：10216UDC：621.3密级：公开工学硕士学位论文汽油发动机基于暂态进气量估计的空燃比控制策略研究硕士研究生：冯煜导师：焦晓红教授申请学位：工学硕士学科专业：控制理论与控制工程所在单位：电气工程学院答辩日期：2015年5月授予学位单位：燕山大学-II-ADissertationinContro

2、lTheoryandControlEngineeringTHERESEARCHOFAIRFUELRATIOCONTROLSTRATEGYBASEDONTRANSIENTAIRCHARGEESTIMATIONFORGASOLINEENGINEbyFengYuSupervisor：ProfessorJiaoXiaohongYanshanUniversityMay,2015-III-燕山大学工学硕士学位论文燕山大学硕士学位论文原创性声明本人郑重声明：此处所提交的硕士学位论文《汽油发动机基于暂态进气量估计的空燃比控制

3、策略研究》，是本人在导师指导下，在燕山大学攻读硕士学位期间独立进行研究工作所取得的成果。论文中除已注明部分外不包含他人已发表或撰写过的研究成果。对本文的研究工作做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式注明。本声明的法律结果将完全由本人承担。作者签字：日期：年月日燕山大学硕士学位论文使用授权书《汽油发动机基于暂态进气量估计的空燃比控制策略研究》系本人在燕山大学攻读硕士学位期间在导师指导下完成的硕士学位论文。本论文的研究成果归燕山大学所有，本论文的研究内容不得以其它单位的名义发表。本人完全了解燕山大学关于保

4、存、使用学位论文的规定，同意学校保留并向有关部门送交论文的复印件和电子版本，允许论文被查阅和借阅。本人授权燕山大学，可以采用影印、缩印或其它复制手段保存论文，可以公布论文的全部或部分内容。保密□，在年解密后适用本授权书。本学位论文属于不保密□。(请在以上相应方框内打“√”)作者签名：日期：年月日导师签名：日期：年月日-IV-摘要摘要发动机空燃比的精确控制对缓解能源短缺问题、降低汽车尾气排放具有重大而深远的意义。暂态工况下气缸进气量的准确估计是提高发动机空燃比控制精度的有效措施之一。本文研究了发动机暂态进气量估

5、计方法以及基于进气量估计的空燃比控制问题。首先，对发动机的系统组成及工作原理进行理论分析，并在发动机均值模型基础上建立用于发动机暂态进气量估计的非线性平均值模型。模型不仅包含了歧管压力动态，还考虑了曲轴角速度动态，并采用线性积分滤波辨识法对模型中的参数进行辨识。其次，针对发动机缸内暂态进气量无法直接测量的问题，提出了基于卡尔曼滤波的进气量估计算法；并基于提出的进气量估计算法，设计了空燃比控制器。考虑泵气波动的影响，采用非线性移动平均值法的数字滤波器对歧管压力信号预处理；针对发动机模型的非线性特性，采用无迹卡尔

6、曼滤波技术估计系统状态，从而实现进气量的准确估计。基于发动机进气量的准确估计，进一步设计了空燃比前馈-反馈控制器。MATLAB环境下的仿真实验给出基于无迹卡尔曼滤波估计算法与现有进气量估计算法的比较，验证了估计算法的有效性；同时空燃比控制仿真实验也验证了控制器的有效性。最后，考虑了发动机喷油过程中油路延时以及空燃比控制系统中延时的存在，设计了进气量预测算法及空燃比控制器。为了补偿发动机的喷油延时，采用卡尔曼预测算法对进气量进行预测。在进气量预测基础上，针对空燃比模型中的传输延时及传感器延时，设计了最小方差控制

7、器实现对空燃比的精确控制。在MATLAB仿真环境下进行了仿真实验，仿真验证了所提出预测算法以及控制器的有效性。关键词：发动机；进气量估计；空燃比控制；无迹卡尔曼滤波；时间延迟；最小方差控制-V-燕山大学工学硕士学位论文AbstractEnginetransientair-fuelratiocontrolhasgreatandfar-reachingsignificanceforalleviatingenergyshortageproblemandreducingemissions.Accurateestima

8、tionfortransientcylinderairchargeisaneffectivemethodforimprovingtheaccuracyoftransientair-fuelratiocontrolofengine.Thispaperfocusesonenginetransientcylinderairchargeestimationandair-fuelratiocontrolbas