【摘要】：大功率柴油機(jī)電子化程度的不斷提升和控制模塊的不斷增多增加了柴油機(jī)控制系統(tǒng)的開發(fā)難度,采用經(jīng)驗(yàn)設(shè)計的開發(fā)模式已無法滿足控制系統(tǒng)的控制品質(zhì)和功能安全要求,因此采用基于模型的設(shè)計(Model-Based Design,MBD)的柴油機(jī)控制系統(tǒng)開發(fā)模式是整個行業(yè)的必然趨勢。本文基于MBD原理進(jìn)行了大功率柴油機(jī)控制系統(tǒng)仿真設(shè)計及試驗(yàn)驗(yàn)證研究。首先在進(jìn)行面向控制的大功率柴油機(jī)建模時,在確定各子模型參數(shù)擬合方法的基礎(chǔ)上,一般都根據(jù)實(shí)驗(yàn)辨識得到各子模型的參數(shù),但是由于各子模型之間的耦合作用會導(dǎo)致模型精度下降,僅靠參數(shù)辨識無法確保整體柴油機(jī)模型的精度。其次工程中柴油機(jī)怠速控制使用的PID算法存在超調(diào)量大、調(diào)節(jié)滯后的問題,實(shí)驗(yàn)中作者發(fā)現(xiàn)超調(diào)量大會導(dǎo)致調(diào)節(jié)階段出現(xiàn)噴油量為零的時間段,有概率導(dǎo)致柴油機(jī)熄火無法正常起動進(jìn)入怠速工況。最后將柴油機(jī)控制策略應(yīng)用層部署到控制器時,工程中常常將應(yīng)用層模型生成代碼后與基礎(chǔ)軟件層代碼在外部編譯器中進(jìn)行集成,該方法雖然靈活性較好,但是增加了工作量且容易出錯。論文針對面向控制的大功率柴油機(jī)模型高精度和實(shí)時性的要求,構(gòu)建了面向控制系統(tǒng)設(shè)計的大功率柴油機(jī)平均值模型。根據(jù)柴油機(jī)穩(wěn)態(tài)實(shí)驗(yàn)結(jié)果,給出了各個子模型參數(shù)的擬合方法,并基于最小二乘法對模型參數(shù)進(jìn)行辨識求解。然后,論文針對各子模型之間的耦合作用導(dǎo)致整體柴油機(jī)模型精度下降的問題提出了一種參數(shù)校準(zhǔn)方法,以子模型輸出代替其串聯(lián)子模型的實(shí)驗(yàn)輸入對串聯(lián)子模型的模型參數(shù)進(jìn)行校準(zhǔn),從而保證柴油機(jī)模型的整體精度。模型驗(yàn)證結(jié)果表明經(jīng)過校準(zhǔn)的大功率柴油機(jī)模型具有較高的精度和實(shí)時性,能夠反應(yīng)出柴油機(jī)的動態(tài)特性。論文在設(shè)計柴油機(jī)扭矩控制策略的基礎(chǔ)上,針對大功率柴油機(jī)怠速PID控制算法存在調(diào)節(jié)滯后、超調(diào)量大、調(diào)整時間長的問題,提出了基于摩擦扭矩模型的線性自抗擾(FTM-LADRC)大功率柴油機(jī)怠速控制算法。在線性擴(kuò)張狀態(tài)觀測器中加入摩擦扭矩模型以提高線性擴(kuò)張狀態(tài)觀測器的擾動估計速度和精度,使用實(shí)時擾動補(bǔ)償和比例控制律構(gòu)成狀態(tài)誤差反饋控制律對怠速進(jìn)行閉環(huán)控制。通過離線仿真和硬件在環(huán)試驗(yàn)對算法進(jìn)行了驗(yàn)證,結(jié)果表明FTM-LADRC怠速控制算法比PID控制算法的控制效果更佳,減少了超調(diào)和振蕩環(huán)節(jié),抗干擾能力強(qiáng),工程應(yīng)用中可降低控制器參數(shù)的標(biāo)定工作量。論文針對基礎(chǔ)軟件層與柴油機(jī)應(yīng)用層模型的代碼一鍵生成問題,對大功率柴油機(jī)電控軟件開發(fā)平臺集成方法進(jìn)行了研究。基于AUTOSAR規(guī)范,論文確立了以硬件驅(qū)動底層代碼、配置模塊和接口模塊為核心的硬件驅(qū)動集成方法,將柴油機(jī)基礎(chǔ)軟件層集成到Simulink中,并且可以在Simulink中對硬件通道進(jìn)行配置管理。另外論文針對Simulink自帶的查表模塊不能調(diào)用內(nèi)存管理模塊、無法滿足在線標(biāo)定的問題,提出了一種變量存儲管理方法和查表模塊創(chuàng)建方法,使自建的查表模塊可以同時滿足離線數(shù)據(jù)燒寫和在線標(biāo)定兩方面的要求。
【圖文】：

1（a）電子器件成本占比增長趨勢 （b）典型車輛控制單元代碼行數(shù)圖 1.1 車輛電子增長趨勢圖 1.1 可以看出，隨著電子器件的增長，對應(yīng)控制系統(tǒng)的控制代碼量也在

圖 1.2 基于模型的設(shè)計和系統(tǒng)驗(yàn)證流程，現(xiàn)代柴油機(jī)控制系統(tǒng)的軟件功能安全遇到了嚴(yán)峻環(huán)境下，為應(yīng)對挑戰(zhàn)一方面要在保證管理系統(tǒng)軟件、進(jìn)行軟件分層，，降低軟件系統(tǒng)開發(fā)的復(fù)雜性，比
【學(xué)位授予單位】：中北大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TK423

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2709477