全球汽车的数量持续增加造成环境污染和能源损耗越来越严重,为缓解汽车给环境和能源带来的巨大压力,需要提高发动机的燃烧效率。均质充气压缩点燃(Homogeneous Charge Compression Ignition,HCCI)发动机燃烧技术结合了柴油发动机和汽油发动机的特点,使用燃料与空气的混合物压缩点燃,具有高效率和低排放等优点,是未来内燃机研究领域的重点研究方向。HCCI发动机由于缺乏直接点火机制,缸内燃料何时燃烧完全取决于气缸中的化学组份,造成燃烧正时无法直接测量。燃料过早或者过晚地燃烧都会影响发动机的排放性能,所以燃烧正时的精确估计和控制是HCCI发动机的核心技术。且实际运行的发动机经常处于复杂工况下,这使得燃烧正时的估计和控制更加困难。因此,对复杂工况下的HCCI发动机燃烧正时进行准确估计和精确控制具有重要研究意义。本文针对复杂工况下的HCCI发动机燃烧正时估计和控制问题,设计了多种估计模型与控制算法。论文的主要工作包括:1.复杂工况下HCCI发动机燃烧正时估计模型的研究针对复杂工况下的HCCI发动机燃烧正时无法直接测量的问题,本文首先分析了HCCI发动机的整个燃烧过程,从而建立非线性均值模型对燃烧正时进行估计。考虑到模型估计的准确性问题,在均值模型线性化的基础上结合神经网络建立了灰箱模型,以提高模型估计精度。鉴于发动机的循环燃烧特性,以及复杂工况下建立非线性均值模型的困难性,设计了Elman神经网络黑箱模型。实验结果表明,复杂工况下Elman神经网络黑箱模型对HCCI发动机燃烧正时的估计结果最好。2.复杂工况下HCCI发动机燃烧正时控制器的设计针对复杂工况下的HCCI发动机燃烧正时控制问题,本文在所建立的黑箱模型基础上设计了神经网络模型预测控制算法对燃烧正时进行控制。模型预测控制适合应用于非线性系统,同时结合神经网络具有非线性函数拟合的特性,设计了神经网络模型预测控制算法实现对燃烧正时的精确控制。考虑到系统仅使用神经网络模型预测控制器作为反馈控制存在一定的滞后性,在此基础上设计了B样条模糊神经网络控制算法作为前馈控制器。仿真实验表明,本文设计的复合控制器能够实现复杂工况下HCCI发动机燃烧正时的精确控制,且具有鲁棒性强和响应快等优点。3.多缸HCCI发动机燃烧正时一致性控制复杂工况下转速的频繁变化造成HCCI发动机缸内热扰动,从而导致多缸HCCI发动机每个缸内的燃烧正时不一致。本文在解决单缸HCCI发动机燃烧正时控制问题之后,采用PID控制器对多缸HCCI发动机燃烧正时进行控制,保证多缸的燃烧正时一致。考虑到传统PID控制参数无法自适应调整,本文结合神经网络和梯度下降法对PID参数进行动态整定。仿真实验表明,本文设计的PID控制器经过神经网络参数整定后,能够控制多缸HCCI发动机燃烧正时一致。