基于混合系统理论的发动机怠速控制

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1、工学硕士学位论文基于混合系统理论的发动机怠速控制范国伟哈尔滨工业大学2008年6月国内图书分类号：U464.12国际图书分类号：621.431.72工学硕士学位论文基于混合系统理论的发动机怠速控制硕士研究生：范国伟导师：刘志远教授申请学位：工学硕士学科、专业：控制科学与工程所在单位：控制科学与工程系答辩日期：2008年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:U464.12U.D.C.:621.431.72DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringENGINEIDLESPE

2、EDCONTROLBASEDONTHETHEORYOFHYBRIDSYSTEMCandidate：FanGuoweiSupervisor：Prof.LiuZhiyuanAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpecialty：ControlScienceandEngineeringAffiliation：Dept.ofControlScienceandEngineeringDateofDefence：June,2008Degree-Conferring-Institution:Harbin

3、InstituteofTechnology哈尔滨工业大学工学硕士学位论文摘要汽车在道路上行使，经常会因为某种原因暂时停车，而保持汽车的发动机仍以一个稳定的低转速在运行，进而为车内的用电设备提供动力，比如在等待红绿灯或堵车的情况下。这时，汽车发动机就处于怠速工况。随着道路交通的复杂性越来越高，发动机处于怠速工况的时间也将会越来越长。所以，汽车发动机的怠速工况是发动机运行的一种主要工况。同时，对于发动机的怠速控制也有着非常实际的应用意义。在众多的发动机模型中，平均值模型作为发动机的怠速控制模型受到了广泛的应用，同时也取得了较好的控制效果。平均

4、值模型反映了发动机运行一段时间内的平均动态，它不能够体现发动机的离散特性。从这一角度来讲，平均值模型并没有真正的反映发动机的冲程特性。随着控制理论的发展，从混合系统的角度来研究发动机怠速的思想逐渐受到了人们的关注。本文基于混合系统理论的方法，针对4缸4冲程直列式火花塞点火汽油机，同时考虑了发动机的连续特性与离散特性。将随时间连续变化的动态用一阶微分方程与一阶代数方程描述，而将发动机中的离散特性用有限状态机来描述。通过混合系统建模理论给出了发动机怠速的混合模型，并以发动机商业软件enDYNA为平台，通过比较说明了混合模型的正确性。根据发动机

5、怠速工况的特性，通过用带有最小驻留时间和最大驻留时间的Switchingsystem混合模型来近似怠速的混合模型，并将怠速的控制要求转化为Switchingsystem混合模型的安全性问题。针对用多面体表示的集合，基于系统的可达性分析，给出了求取离散时间Switchingsystem混合模型的最大安全集的改进算法，并给出了相应的满足安全性的混合控制律，分析了该控制器结构。最后，将针对Switchingsystem混合模型设计的安全性混合控制方法运用到发动机怠速混合模型上，通过仿真说明了混合方法的有效性。关键词怠速；混合模型；安全性问题；安

6、全集合--I哈尔滨工业大学工学硕士学位论文AbstractWhenthecarrunontheroad,itoftenparkforsomereason,butatthistime,theengineisstillworkinginastablelowspeed，andsupplythepowertotheequipmentsthatstillworkinthecar.Forexample,thecariswaitingfortrafficlightsorintrafficjam.Atthistime,thecarisworkingini

7、dlespeedcondition.Withthecomplexityofroadtrafficincreasing,thetimethattheengineworksatidlespeedconditionwillgraduallyincrease.So,theidlespeedconditionisamajorconditionthatengineworks,andalsotheidlespeedcontroloftheenginehasaverypracticalapplication.Amongtheenginemodels,th

8、emean-valuemodelhasbeenwidelyusedandhasachievedbettercontroleffect.Themean-valuemodelreflectthea