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本文的研究工作是以长春工业大学与一汽汽车研究所的合作项目《CA6DE2柴油机电控喷油位置与转速控制器产品研制开发》为实际研究背景。主要针对电控柴油发动机执行器位置控制系统,对齿条位移进行控制算法的研究和仿真研究。
本文在了解当前国外柴油机电控喷油系统的发展动态以及国内对于电控柴油发动机的研究现状的基础上通过大量检索、阅读国内外相关文献,确定了柴油机电控喷油系统齿条位置控制的总体设计方法。
柴油机电磁式执行器作为控制执行机构,具有一定的时变性和非线性,其控制效果将直接影响着对齿条位置的控制。从执行器开环特性曲线可知,在相同驱动信号作用下,执行器先后两次开环特性曲线相差较大,这说明在执行器模型中存在一定的不确定性。本文综合机理法和测试法来对执行器建立控制模型,基于模型分解,对柴油发动机电磁式执行器模型中的确定性部分进行控制器设计,得到了系统确定部分的传递函数。
本文主要通过对齿条位移的控制进行四种控制算法的研究:
一、由于PID控制算法简单,运算量少,具有较强的鲁棒性以及较高的控制精度,特别是稳态精度高等特点,采用了数字增量式PID控制策略,并构造了一种分段PID控制器。
二、由于模糊控制不依赖于被控对象的精确数学模型,是一种较为理想的非线性控制,具有良好的动态品质和较好的适应性,将模糊控制应用到此执行器上能较好的克服执行器存在的问题,采用在线实时模糊自整定PID控制策略,并构造了一种模糊自适应整定PID控制器。
三、在进一步研究的基础上发现神经网络已被证明具有逼近任意连续有界非线性函数的能力,给非线性系统的控制带来了新的思路,具有独到之处。所以根据执行器模型中存在的不确定性研究了神经网络自适应PID控制在齿条位置控制系统中的应用。本文构造了神经网络自适应PID控制器。
四、采用神经网络与模糊系统相结合的方式,构造了一种自适应PID控制器。该控制器综合模糊控制、神经网络与PID调节各自的长处,既具有模糊控制简单有效的非线性控制作用,又具有神经网络的学习和适应能力,同时具有PID调节的广泛适应性,对于齿条位置控制系统所具有的大滞后、非线性、时变性的控制对象有很好的控制效果。该方法的有效性得到仿真实验的证明,其突出优点是:不需要知道受控对象的结构和参数;抑制干扰能力强;适应性和鲁棒性强;结构简单,易于实现。
最后,对前面所研究的控制算法分别进行计算机MATLAB的仿真研究。仿真结果验证了基于神经网络模糊自适应PID控制算法有效性以及较好的控制效果。