作为一种新型的清洁能源,天然气已经在各个行业被广泛使用,尤其是汽车行业。天然气发动机类型主要有两种,即单燃料天然气发动机和两用燃料天然气发动机。随着现代控制技术的发展,发动机的空燃比和排放等控制需求也越来越严格,因此,开发具有市场竞争力的CNG发动机电子控制单元成为了当前的一大热点。’面对越来越复杂的电控单元系统,传统的ECU开发方式存在着周期长,成本高,压力大的缺点,尤其对于高度复杂的、非线性的发动机控制单元设计而言,不论是软件开发还是测试都变得愈加困难。本文使用MATLAB/Simulink软件与dSPACE系统的RTI模块相结合,建立单燃料CNG发动机快速控制原型,以模块框图化的形式实现了CNG发动机的控制算法设计。主要设计了：针对天然气发动机空燃比控制的,基于宽域氧传感器的闭环和自学习控制策略；基于转速反馈的点火提前角自动标定系统；CNG发动机恒转控制算法；针对不同负荷下转速与节气门的关系进行了传递函数的辨识,并且进行了反馈PID仿真控制研究。在对博世LSU4.2宽域氧传感器工作原理分析的基础上,设计的基于宽域氧反馈的空燃比PID闭环和自学习控制策略,实现对空燃比的有效控制,并且帮助喷气MAP的标定,标定者不需要对每一个工况点进行非常精确的标定,在发动机工作时依靠闭环和自学习就可以将喷气脉宽调整到合适的值,节省喷气MAP标定时间,同时也可以弥补发动机磨损老化造成的空燃比偏移；基于转速反馈的点火提前角标定系统可以帮助点火MAP的标定；发动机恒转控制系统是为扩大控制系统的适用性,采用PID控制策略通过实时调整节气门开度使转速始终稳定在设定目标值附近；基于模型的节气门和转速反馈PID控制仿真研究是预先辨识出不同负荷下的转速与节气门的传递函数,然后建立反馈PID控制模型,这样就可以方便的进行PID参数的整定。