基于數(shù)學(xué)模型的模糊動態(tài)空燃比控制.pdf

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1、基于數(shù)學(xué)模型的模糊動態(tài)空燃比控制FuzzyControlaboutTransientAir/fuelRatioBasedonMathematicalModel1，211（1.華南理工大學(xué)2.廣州航海高等?？茖W(xué)校）胡靜肖兵羅飛1,211HuJing,XiaoBing,LuoFei摘要：本文針對實際控制需要，對傳統(tǒng)的發(fā)動機(jī)數(shù)學(xué)模型中氣缸空氣流量的估算方法以及油膜蒸發(fā)模型的傳遞函數(shù)的簡單取反方法加以改進(jìn)，并在此基礎(chǔ)上提出了基于改進(jìn)數(shù)學(xué)模型的模糊動態(tài)空燃比控制算法，該算法具有魯棒性強(qiáng)，實現(xiàn)簡潔的特點。關(guān)鍵詞：動態(tài)空燃比

2、；發(fā)動機(jī)模型；模糊推理中圖分類號：TK411文獻(xiàn)標(biāo)識碼：AAbstract:Aimedattheactualdemand,thispaperimprovesthecalculatedmethodsaboutcylinderchargeandtheinvertedtransferfunctionoffuelfilmevaporationmodelintraditionalenginemodels.Thefuzzycontrolalgorithmabouttransientair/fuelrationbasedon

3、theameliorativemathematicalmodelmentionedaboveisputtedforward.Thisalgorithmhasgoodcharacteristicsofstrongrobustandrealizationeasily.KeyWords——Transientair/fuelratio,Enginemodel,Fuzzyillation1概述為治理汽車廢氣污染，各國政府制訂了日益嚴(yán)格的排放法規(guī)，我國現(xiàn)在執(zhí)行歐Ⅱ排放標(biāo)準(zhǔn)。數(shù)據(jù)顯示，要達(dá)到歐Ⅱ標(biāo)準(zhǔn)，必須較精確控制動態(tài)空燃比

4、。而三元催化反應(yīng)器在達(dá)到正常工作溫度的前提下，其轉(zhuǎn)化效果受空燃比的影響很大，只有當(dāng)當(dāng)量空燃比λ＝0.996～1.003時，才能同時降低CO、HC和NOX。然而，汽車實際是運(yùn)行在頻繁的動態(tài)狀況下，僅采用穩(wěn)態(tài)控制方法無法保證動態(tài)過程空燃比恒定在1.000附近，因此進(jìn)行正確的動態(tài)空燃比補(bǔ)償對改善汽車尾氣排放質(zhì)量是必須的。2動態(tài)空燃比控制方法動態(tài)空燃比控制可分為兩類方法：基于經(jīng)驗的瞬態(tài)工況補(bǔ)償法和基于發(fā)動機(jī)動態(tài)數(shù)學(xué)模型的動態(tài)空燃比控制。基于經(jīng)驗的瞬態(tài)工況補(bǔ)償法是根據(jù)加（減）速時，由于油膜的增加（減少），相應(yīng)進(jìn)行加速加濃

5、（減速減稀）補(bǔ)償，同時考慮由于壓力傳感器測量的絕對壓力滯后于節(jié)氣門位置變[1]化，必須克服的滯后作用。這種方法只憑定性知識進(jìn)行湊試，調(diào)試過程有一定的盲目性?；诎l(fā)動機(jī)動態(tài)數(shù)學(xué)模型的動態(tài)空燃比控制，是通過建立數(shù)學(xué)模型來描述發(fā)動機(jī)的動態(tài)充氣過程，從而實時計算每氣缸的充氣質(zhì)量。這類方法取決于電噴系統(tǒng)所采用的空氣質(zhì)量估計方法以及所選擇的發(fā)動機(jī)數(shù)學(xué)模型。3、發(fā)動機(jī)數(shù)學(xué)模型要實現(xiàn)基于發(fā)動機(jī)動態(tài)數(shù)學(xué)模型的動態(tài)空燃比控制，必須要針對實際系統(tǒng)配置，選擇合適的數(shù)學(xué)模型。在電噴系統(tǒng)中，發(fā)動機(jī)模型的建立是把燃油與空氣混合的過程分為空氣

6、路徑與燃油路徑兩個相互獨立的部分，用動態(tài)方程分別描述進(jìn)入氣缸的空氣質(zhì)量和燃油質(zhì)量,其模型分解圖如圖1所示。圖1發(fā)動機(jī)模型分解圖胡靜：博士研究生基金項目：國家自然科學(xué)基金項目(60474042)，廣東省自然科學(xué)基金項目(04020000)3．1氣缸充氣模型氣缸在每一進(jìn)氣行程中都會吸入一定質(zhì)量的空氣G（稱為氣缸充氣或負(fù)荷），精確地估a[2]計G是動態(tài)空燃比控制的關(guān)鍵。根據(jù)文獻(xiàn)：G=fPIMNe(,)()≈fPIM(1)aa[3]根據(jù)文獻(xiàn)，當(dāng)采用發(fā)動機(jī)均值模型（MeanValueModel）時，G（均值充氣量）與A進(jìn)

7、氣歧管壓力PIM成大致線性關(guān)系，即：G=C?PIM+C(2)A12這樣，估計G問題就轉(zhuǎn)化為精確估計PIM問題。但實際發(fā)動機(jī)測試，完全根據(jù)測量到a的歧管負(fù)壓進(jìn)行油門急劇變化時的動態(tài)控制，效果總無法令人滿意，下面進(jìn)行理論分析。理想狀態(tài)下，歧管負(fù)壓的動態(tài)方程如下：RT1RTmanmanPm&=?[(,&&nP)?m(,ααPP)]=?+m&(,P)(3)manapmanatmanmanatmanVVτman式中，P&是動態(tài)歧管負(fù)壓，T是歧管內(nèi)空氣溫度，R是空氣常數(shù)，V是歧管內(nèi)體積，m&manmanat是經(jīng)節(jié)氣門流入歧

8、管的空氣流量，m&是流進(jìn)氣缸的空氣流量。τ是歧管壓力等效時間apman常數(shù)，α是節(jié)氣門開度。根據(jù)（3）式，P&與α間是復(fù)雜非線性關(guān)系，存在著時間常數(shù)τ。另外，上述方manman程是理想方程，未考慮節(jié)氣門急劇變化時的其他因素如進(jìn)氣諧振波、流體阻力等的影響，所以有待進(jìn)一步改進(jìn)氣缸空氣流量的估算方法。3．2油膜蒸發(fā)模型燃油進(jìn)入進(jìn)氣管時會有一部分形成油膜附著在進(jìn)氣管壁上，而同時也有部分油膜蒸發(fā)