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日趋苛刻的排放法规以及不断改善的经济性、动力性和舒适性的要求,使柴油机的发展面临严峻的挑战,发展柴油机电子控制技术已成为迫在眉睫的任务。高压共轨燃油喷射系统(简称:高压共轨系统)是公认的最有发展前途的电控燃油喷射系统,它通过对喷射压力、喷油定时、喷油量以及喷油规律的柔性控制,有效地改善柴油机综合性能。但其电控单元(Electronic Control Unit,简称:ECU)的开发是一个庞大的系统工程,需要投入大量的人力、物力。特别对我国的相关研究工作来说,由于处于起步阶段,将面对开发过程中实验量大、效率低、费用高等问题。基于计算机的数字仿真技术,利用先进的开发工具,构造系统实时仿真环境;利用高级语言编写、搭建和验证控制策略,并最终自动编译生成实用的控制代码。这些无疑会对人们认识和掌握高压共轨系统电控单元设计的一般方法、验证控制策略、优选控制参数、缩短开发周期和提高工作效率都起到非常重要的作用。
本文在深入研究ECD—U2高压共轨系统工作过程与原理的基础上,开发了基于dSPACE实时仿真系统的ECU。首先,在MATLAB/Simulink中建立了符合要求的ECU模型,然后运用快速控制原型技术构造了系统实时仿真的平台,从而为控制策略的设计和快速验证提供了有力的支持。
共轨压力的灵活控制是高压共轨系统的关键之一。本文先以MATLAB/Simulink及其多个工具箱为平台,建立起三种共轨压力控制器模型,即PID控制、模糊控制以及模糊自整定PID控制,接着进行了实时仿真的试验研究。
在PID控制研究中,针对低转速时控制效果不理想,采用了带前馈的改进PID控制方法,试验表明,进一步完善相关数据,用这种方法可以实现对共轨压力的有效控制。模糊控制试验表明,虽然实现了对输出量的在线调整,系统对共轨压力变化具有较好的跟踪性能,但高压时稳态误差大,无法消除。最后,结合PID控制和模糊控制两者的优点,提出了模糊自整定PID控制。各种变工况压力跟随试验结果证明,系统在宽广的工况范围内,响应快、超调小,稳定性好,具有很好的鲁棒性。
本文的研究是开发实用的柴油机ECU的前期工作,更重要的是提出和实践了一种较为先进的设计思路,丰富和提高了柴油机的控制理论和控制方法,可为后续的研究提供软件和理论的支持及方法论的指导,也必然对柴油机电控技术的发展起到积极的作用。