发动机停机活塞位置控制策略研究与仿真.pdf

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1、第24卷第2期长春大学学报Vol，24No．22014年2月JOURNALOFCHANGCHUNUNIVERSITYFeb．2014发动机停机活塞位置控制策略研究与仿真李明晶，李学军，董玉冰(长春大学电子信息工程学院，长春130022)摘要：由于惯性作用，发动机停油熄火后，曲轴飞轮组受缸内剩余气体阻力矩和摩擦力矩的影响做减速运动，活塞逐渐完全停止。对活塞停止产生影响的摩擦力矩是运动副上产生的机械损失功，是不可控的。而气体阻力矩可以通过控制节气门开度的大小来控制，本文首先建立了电子节气门的数学模型，并在Matlab／Simuli

2、nk进行了仿真．理论上实现了通过调整节气门开度大小调节气体阻力矩达到控制活塞的目的关键词：电子节气门；气体阻力矩；simulink中图分类号：TP275文献标志码：A文章编号：1009—3907(2014)02—0143—03发动机停油熄火后，曲轴飞轮组在惯性作用仍具有一定的动能。动能被缸内剩余气体阻力矩和摩擦力矩逐渐消耗掉，曲轴做减速运动，最终使活塞完全停止下来。对活塞停止产生影响的物理量中，摩擦力矩是运动副上产生的机械损失功是不可控的，气体阻力矩可通过控制节气门开度的大小来控制。此外，还可以利用发动机附件的驱动损失功控制，

3、但当转速较低时，该变量的控制失效。本文通过调整节气门开度大小来调节气体阻力矩达到控制活塞的目的。为了在停机时能跟踪控制节气门开度，需要设计一个控制权移交电路，在这里称为怠速停止控制电路。当电子节气门控制系统停止工作时，将电子节气门的控制权移交给怠速停止控制电路。电子节气门控制权的移交，是指自动停止系统在发动机停机后要从原有的电子节气门控制系统手中接管节气门的控制权，而在发动机正常运转或需要怠速时将电子节气门控制权再次还给电子节气门控制系统。这样的设计是为了两套系统能够在不同的工况分别根据自己的控制策略来控制节气门。节气门开度对

4、应的是流入气缸的空气量。本文的控制问题实际上是精确地控制缸内气体容量，通过气体做功损失惯性动能，使活塞停止在理想的位置上，实际是跟踪控制问题。跟踪量一气体容量转化为节气门开度来实现控制。不同型号发动机使活塞停止在理想位置的节气门开度不同，可通过样机的台架实验获取，并根据停机时的水温、转速和大气压设计补偿量，并制成MAP图存储在活塞位置控制系统中用于调取。1电子节气门数学模型电子节气门组成如图1所示，控制系统输出的控制信号控制直流伺服电机的电压，从而达到控制节气门开度的目的。节气门结构图1节气门的组成收稿日期：2013-12-0

5、5基金项目：吉林省教育厅“十二五”科学技术研究项目(吉教科合字2012251)作者简介：李明晶(1977-)，女，吉林公主岭人，讲师，博士，主要从事发动机控制与信息处理方面的研究。长春大学学报第24卷直流伺服电机的等效电路1所示的电机等效电路部分，其中为电机的等效输入电压，为电机两端的等效反电动势，R为电机回路中的等效电阻，i为等效电流，为直流电机的等效回路电感，由基尔霍夫定律，得到等效电路方程：=Ri++Vo(1)电机两端的等效反电动势与电机角速度成正比，如下式所示：dOo=(2)。为电机反电动势系数。根据直流电机的动力学原

6、理，电机输出转矩为：．，d20o=一输出扭矩在减速装置的作用下，带动节气门转动，控制节气门的开度。定义活塞位置控制系统的状态变量为：=[]，输入控制量为电机的等效输入，输出为节气门的转动角度0，忽略机械损失和外部扰动，得到状态模型：熹酱=-+[其中，为电机反电动势系数，粘性摩擦系数，库伦摩擦系数，为输入电压，0为节气门的初始开度。2模型校验及控制基于Matlab／Simulink仿真软件，搭建电子节气门的仿真模型如图2所示。给定的信号U为节气门开度对应的电压信号，经驱动比较和电压转换装置转换，得到的电流信号作用在直流电机的绕组

7、上驱动电机转动，带动节气门转过一定的角度，即图2的输出量。本文的输入量由MAP给出。图2电子节气门的Simulink仿真模型2．1模型校验输入信号为两段变化幅值相同的斜坡信号，第一段0s一50s，信号由OV以线性关系增大至8．5V，第二段50s一100s，信号由8．5V以线性关系减小至0V。得到仿真的响应曲线如图3(a)所示，在实物上做校验，响应曲线如图3(b)所示。通过对比可知，模型仿真响应和实物响应在变化趋势的吻合度较好，在动态特性上有着较大的差异，这是由于模型辨识时没有考虑节气门系统的动态特性，同时也忽略了实物响应所受的

8、随机因素的影响造成的。第2期李明晶，等：发动机停机活塞位置控制策略研究与仿真145—～—～、、}(a)斜坡输入1作用下的模型响应(b)斜坡输入1作用F的实物响应图3仿真的响应曲线1．2反推控制基于Lyapunov稳定性定理和反推控制方法，得到控制率为：：nOr"4-+(K一r