基于类卡尔曼滤波器自整定Backstepping的车辆电子节气门控制

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近年来,为了满足发动机性能和排放的要求,电子节气门控制系统被广泛应用在现代汽车发动机中。电子节气门控制系统可以通过优化节气门的开度和调节喷油量的多少来控制燃油/空气(F/A)比的精度。电子节气门系统的精确控制可以提高发动机的性能,减少污染排放,而且可以提升发动机对道路状况的适应能力。然而,传感器电路中的非高斯白噪声和汽车行驶条件的变化严重影响了电子节气门系统的控制精度,使控制设计更具挑战性。因此,本文针对上述问题,选取博世电子节气门为研究对象,搭建电子节气门系统的数学模型,设计了基于类卡尔曼滤波器的自整定Backstepping控制器,并通过性能分析验证了该控制方法的有效性。
  首先,搭建电子节气门系统的数学模型。在建模过程中,重点分析了电子节气门复位弹簧、齿轮结构和摩擦作用三个非线性因素,最终得到了能反映电子节气门动力学特性的状态空间表达式。然后,通过对噪声信号的采集和处理,验证了影响位置传感器测量的噪声是非高斯白噪声,针对非高斯白噪声对位置传感器测量值的影响设计了类卡尔曼滤波器。针对电子节气门系统的非线性和参数不确定性,设计了Backstepping控制器,并采用基于模糊控制的自整定算法对Backstepping控制器参数实时调节,在车辆变工况行驶条件下,优化Backstepping控制器的参数配置,从而提高电子节气门系统的控制精度。最后,搭建了基于dSPACE的电子节气门控制系统实验平台,在实时环境中执行控制器综合测试。分析和测试表明,采用本文所设计的控制方案可以获得良好的跟踪性能。
  
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