发动机空燃比控制是汽车电子控制系统中的一个重要部分,因其直接对汽车的动力性、燃油经济型及尾气的排放性能有巨大的影响,因而越来越受到国内外的学者的广泛关注。本文的研究内容是将汽车发动机空燃比控制到机外净化装置三元催化器达到最佳工作效率时所要求的空燃比值(14.7)上,令发动机的喷油系统能够最合理喷射燃油量,以使发动机系统达到动力性、燃油经济性和尾气排放的最佳状态。控制系统根据发动机实时的工作状态,以系统的空燃比的输出量作为反馈信号来进行计算最佳喷油量。进行空燃比控制首先要了解发动机空燃比系统的物理模型,因此发动机空燃比系统建模成为控制器设计中极重要的一部分内容。进行控制对象的研究对分析发动机的动态特性,进行随后的空燃比控制系统的开发和控制器设计具有重要的意义。本文介绍了发动机系统结构组成,以基于发动机空燃比模型的控制为设计思想,通过对发动机实际物理模型和相关脉谱图的数据进行分析,建立了一个非线性的发动机空燃比模型,并在模型的基础上,充分考虑了模型参数的不确定性因素,分析模型特性,提出了简化的控制模型,并在en-DYNA仿真平台上验证模型建立的准确度。本文在将非线性的空燃比模型进行线性化处理后,基于空燃比线性模型,并应用Matlab Simulink中的最优化模块(SRO)进行时域系统,设计了发动机空燃比的PID控制器。对于实际发动机空燃比系统中无法直接测量得到的混合气浓度,本文提出了采用了滑模观测器对其进行估计。最后将PID控制器应用于发动机实时仿真系统en-DYNA中验证其控制效果。随后,本文基于发动机空燃比的非线性模型设计了发动机空燃比的滑模控制器。并将其应用于发动机实时仿真系统中。在发动机的稳态工况和瞬态工况两种情况下,分别将滑模控制器与PID控制器的控制效果进行比较。通过仿真实验,常规PID控制器虽然设计简单,但对系统扰动的抑制能力较弱,鲁棒性差。而本文基于非线性模型设计的滑模控制器对系统中的干扰的影响不敏感,滑模系统进入到滑动模态以后,系统的运动不会再受影响,具有较强的鲁棒性。