将先进的控制理论用于LPG发动机的空燃比控制,对于改善LPG发动机的工作性能和充分发挥气体燃料的低排放优势具有非常重要的意义。相关传感器的建模和控制算法的研究,是LPG发动机控制系统分析和设计过程中的重要研究内容,为后续电控单元的优化设计和控制系统仿真模型的开发奠定了基础。 本文研究的主要内容如下: 首先,在自行设计的歧管绝对压力(MAP)传感器标定实验台上,对传感器进行了静、动态标定。根据静态标定数据建立了其静态线性模型;根据MAP传感器在不同方向和不同幅值激励下的阶跃响应信号,建立了MAP传感器的动态线性模型。 接着,在发动机实验台上,对废气氧(EGO)传感器进行了静、动态标定实验,并研究了EGO传感器在不同温度下的静、动态特性。采用基于最小二乘的分段多项式,建立了不同温度下EGO传感器的静态模型。针对温度对废气氧传感器输出的影响,建立了带温度校正的EGO传感器非线性回归模型。根据不同方向和不同幅值激励下的传感器响应信号,建立了动态非线性Hammerstein模型。根据传感器延迟时间与温度的关系,得到了可通过温度校正延迟的Hammerstein模型。 然后,进行了大量LPG发动机的稳态工况实验。根据实验数据,采用速度—密度法,建立了面向控制的空燃比平均值模型。通过仿真计算,由前馈模型得到了用于燃气阀位置和空气阀位置控制的查询表,为电控单元的设计提供了基本控制参数。 最后,采用前馈+反馈控制方案,进行了LPG发动机稳态空燃比控制的仿真研究。其中,前馈环节采用基于模型的控制,而反馈控制则分别采用PID控制算法、模糊控制算法以及改进的PID模糊控制算法。仿真结果表明,基于所建立的空燃比前馈控制模型,当反馈控制器采用PID算法与模糊控制算法时,均能有效地控制LPG发动机的空燃比,而模糊自适应整定PID控制算法则效果更佳。