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1、第26卷第3期内燃机工程Vol.26No.32005年6月ChineseInternalCombustionEngineEngineeringJun.2005文章编号:1000-0925(2005)03-039-04260054电子节气门变结构滑模控制及仿真与试验1212陶国良,郭连,刘昊,万里军(1.浙江大学机流体传动及控制国家重点实验室杭州310027;2.四川红光汽车机电有限公司)PilotStudyandSimulationofVariableStructureSlidingModeControlofElectron
2、icThrottle1212TAOGuo2liang,GUOLian,LIUHao,WanLi2jun(1.StateKeyLaboratoryofFluidPowerTransmissionandControl,ZhejiangUniversity,Hangzhou310027,China;2.SichuanHongguangAutomotiveMechano2ElectronicCompany)Abstract:Thenonlinearitiesoftheelectronicthrottleisdiscussedandi
3、tsmodelhasbeenestablished.Avariablestructurecontrollerandobserveraredesignedbyusingtheslidingmodevariablestructurecontroltheory.Simulationandexperimentationresultsshowthattheactualanglevaluetracksthecommandangleverywell.摘要:建立了发动机电子节气门的非线性运动模型,并运用变结构滑模控制理论进行控制器与观测器设
4、计,仿真及实时硬件在环控制试验结果表明:采用变结构控制,能很好地克服系统中的非线性及扰动,迅速地获得预期节气门位置。关键词:内燃机;电子节气门;变结构滑模控制KeyWords:I.C.Engine;ElectronicThrottle;VariableStructureSlidingModeControl中图分类号:TK41318文献标识码:A1概述模块。变结构控制理论是一种控制比较容易实现的综电子节气门是发动机节气门控制由机械式向电合方法,既适用于线性系统,也适用于非线性系统。子式转变的新一代产品。传统的节气门调控方法在它
5、的一大优点是其滑动模态对加给系统的干扰和系许多工况下很难使汽车获得良好的驾驶性能和乘坐[2]统的摄动具有完全的自适应性,也就是说,设计的舒适性;而电子节气门是发动机ECU根据加速踏板滑动模态不受系统的变化和不确定的参数及外部环位置传感器、节气门位置传感器等工况信号,计算出境扰动的影响。这样处于滑模运动的系统就具有很最佳节气门开度,通过电机驱动获得,达到优化节气好的鲁棒性。本文研究的电子节气门中,存在非线门开度的目的。性弹簧、粘性摩擦、进气扰动及齿隙冲击等,这些都采用电子节气门控制系统,使节气门开度得到适于应用变结构控制。因此
6、作者采用了变结构控制精确控制,不但可以提高燃油经济性,减少排放,同系统的滑模变结构控制。时,系统响应迅速,可获得满意的操控性能;另一方面,可实现怠速控制、巡航控制和车辆稳定控制等的[3～6]2电子节气门体系统分析与建模[1]集成,简化了控制系统结构。现在,电子节气门控制系统已成为发动机完全电控管理系统的一个重要电子节气门体的结构如图1所示,由直流电机、收稿日期:2004203201作者简介:陶国良(1964-),男,教授,主要研究方向为气动电子控制。·40·内燃机工程2005年第3期减速齿轮、节气门位置传感器、复位弹簧组成。
7、其中式中,Tf为摩擦力矩;ω为节气门角速度;Kd为粘性双复位弹簧保持节气门处于一个微小的开度,以保摩擦系数;Kf为库仑摩擦系数。其中库仑摩擦力矩为证在控制系统失去作用后仍有一个较高的怠速转Kfω>0速,达到行车安全的目的。节气门在转动过程中,受′Tf(ω)=0ω=0(3)到弹簧复位扭矩、阻尼力矩、粘性摩擦扭矩、电机驱-Kfω<0动力矩及进气扰流产生的不平衡力矩的作用,存在不确定因素的影响。图3静摩擦、库仑摩图4齿隙冲击示意擦和粘滞摩擦图1节气门体结构示意图2.3齿轮间隙对传动的影响齿间间隙δ对传动的影响比较复杂,输入扭矩2.
8、1非线性弹簧[7]U与输出扭矩V的关系如图4所示,其形成的传节气门轴上有两复位弹簧在相反方向起作用,动损失可由试验测出,并加补偿系数。为简化模型,保证在电子节气门控制系统有故障时,节气门转角在其影响到计算电机扭矩时再加以参数修正。能够回复到平衡位置,使发动机能继续运转。弹簧2.4进气气流对
