汽車怠速和巡航控制系統(tǒng)的魯棒控制器設(shè)計(jì)與仿真.pdf

1、在汽車工業(yè)中，發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)是其中一個(gè)最關(guān)鍵的部分，直接決定著汽車的整車性能。在過去的二十多年中，動(dòng)力控制系統(tǒng)的性能發(fā)生了顯著的變化，這些變化大都由政府法規(guī)和消費(fèi)者的需求所推動(dòng)。具體要求包括嚴(yán)格的政府排放法規(guī)、燃油經(jīng)濟(jì)性要求以及駕駛性能和安全性能，以及機(jī)器老化、環(huán)境、不同的燃油屬性的相對(duì)獨(dú)立性要求，這些都使得汽車制造商不斷改進(jìn)技術(shù)來滿足各方面的要求。
　　發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)由于運(yùn)行工況變化范圍大，熱動(dòng)力學(xué)模型復(fù)雜，物理和幾何約束的存在，使

2、得它的物理模型是一個(gè)本質(zhì)非線性系統(tǒng)，這些問題不可避免地帶來控制器設(shè)計(jì)的難度。現(xiàn)在已有的發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)許多還都是基于查詢表方式的開環(huán)控制，導(dǎo)致控制性能比較差，無法根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)的工作性能變化調(diào)整控制器。而且，這種控制方式相對(duì)簡單，但是對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)變化敏感，并且控制器不能根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)的工作性能進(jìn)行快速調(diào)整，在發(fā)動(dòng)機(jī)老化和磨損等情況下，某些部分的控制性能變差。
　　基于模型的控制則能夠比較好的解決上面所描述的問題，自動(dòng)控制發(fā)動(dòng)機(jī)變量允許最優(yōu)的

3、工況獨(dú)立性，能夠克服發(fā)動(dòng)機(jī)老化帶來的控制精度降低的問題，從而減少環(huán)境的污染，增加方便性和安全性級(jí)別，進(jìn)一步提高發(fā)動(dòng)機(jī)效率和驅(qū)動(dòng)性能。因此，近些年來，很多我們熟悉的魯棒控制理論，非線性控制理論，時(shí)滯系統(tǒng)的處理方法等被大量應(yīng)用到發(fā)動(dòng)機(jī)控制中，引入控制系統(tǒng)理論來對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行研究，設(shè)計(jì)控制器，進(jìn)一步提高發(fā)動(dòng)機(jī)的性能，滿足各種苛刻的法規(guī)和消費(fèi)者要求，已經(jīng)成了發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)開發(fā)的必然趨勢(shì)和共識(shí)。
　　本文在綜述前人研究的基礎(chǔ)上，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力和傳動(dòng)

4、系統(tǒng)的建模、發(fā)動(dòng)機(jī)怠速和車輛速度巡航控制理論與應(yīng)用以及發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)開發(fā)仿真技術(shù)方面作了進(jìn)一步研究和探索。本文的研究工作主要集中在以下五個(gè)方面：
　　模型是進(jìn)行控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)和分析的基礎(chǔ)，為了提供一個(gè)能夠反映發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力和傳動(dòng)系統(tǒng)的暫態(tài)和穩(wěn)態(tài)模型，基于物理原理和測(cè)試數(shù)據(jù)，對(duì)一個(gè)四缸，多點(diǎn)燃油噴射，火花點(diǎn)火汽油發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)，建立了發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力和傳動(dòng)系統(tǒng)的模型，充分考慮了整個(gè)過程的力矩產(chǎn)生和傳遞過程，為發(fā)動(dòng)機(jī)控制算法開發(fā)提供了一個(gè)完整的模型，

5、為發(fā)動(dòng)機(jī)控制算法的開發(fā)提供了模型基礎(chǔ)。
　　發(fā)動(dòng)機(jī)怠速控制是發(fā)動(dòng)機(jī)控制的一個(gè)重要組成部分，為了充分考慮力矩產(chǎn)生延遲以及外加的負(fù)載干擾對(duì)怠速轉(zhuǎn)速的影響，同時(shí)保證發(fā)動(dòng)機(jī)工作在要求轉(zhuǎn)速，因此基于發(fā)動(dòng)機(jī)物理模型和實(shí)際數(shù)據(jù)建立了帶有參數(shù)不確定性和狀態(tài)時(shí)滯的發(fā)動(dòng)機(jī)怠速控制線性化模型，設(shè)計(jì)了一個(gè)時(shí)滯依賴的魯棒H。?？刂破鳎沟靡蟮男阅茌敵雠c干擾之間的H。。范數(shù)7最小。
　　提出了一個(gè)時(shí)滯依賴的保成本發(fā)動(dòng)機(jī)怠速控制方法，在存在力矩產(chǎn)生時(shí)滯

6、和干擾的性況下，盡可能的消除發(fā)動(dòng)機(jī)怠速控制過程的穩(wěn)態(tài)誤差，同時(shí)對(duì)系統(tǒng)的性能指標(biāo)進(jìn)行優(yōu)化，保證一定的燃油經(jīng)濟(jì)性，提高系統(tǒng)的干擾抑制能力，在H。?？刂频幕A(chǔ)上，首先對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)怠速模型進(jìn)行增廣，增加了積分環(huán)節(jié)，目的是應(yīng)用積分控制來消除發(fā)動(dòng)機(jī)怠速控制的穩(wěn)態(tài)誤差。為了實(shí)現(xiàn)性能的折中，提出了一個(gè)時(shí)滯依賴的多目標(biāo)優(yōu)化保成本控制器設(shè)計(jì)框架，通過極點(diǎn)約束和H。。范數(shù)來保證系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)要求和干擾抑制能力，并應(yīng)用到發(fā)動(dòng)機(jī)怠速控制器設(shè)計(jì)。
　　車輛的巡航

7、控制需要保證速度的穩(wěn)定跟蹤，燃油經(jīng)濟(jì)性能也是運(yùn)行中的主要性能要求，由于發(fā)動(dòng)機(jī)模型很復(fù)雜，非線性系統(tǒng)的優(yōu)化控制理論不太完善，所以本文基于發(fā)動(dòng)機(jī)的物理原理和運(yùn)行數(shù)據(jù)，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)不同轉(zhuǎn)速條件進(jìn)行劃分，建立了發(fā)動(dòng)機(jī)的分段線性化速度模型。在模型的基礎(chǔ)上，提出了一種新的滾動(dòng)優(yōu)化的思想設(shè)計(jì)控制器，構(gòu)建了系統(tǒng)的魯棒干擾不變集，在保證發(fā)動(dòng)機(jī)速度跟蹤的同時(shí)，同時(shí)兼顧了燃油經(jīng)濟(jì)性和干擾抑制能力。
　　有效的仿真在汽車控制算法的開發(fā)和新的硬件系統(tǒng)的校驗(yàn)中具