在污染日益严重的今天,有关排放的法规相继制定,各国对汽车以及发动机的性能提出了更为严格的要求。研究表明,空燃比控制是影响发动机动力性,经济性和排放性的重要因素。本文针对发动机空燃比的控制问题进行了综述,分析了发动机空燃比控制的研究现状。研究表明影响空燃比精准控制的主要原因是气缸进气量估计问题。由于进入气缸中的空气不能直接测量,并且系统中还存在传输时滞,都对进气量的估计增加了难度。本文提出了基于进气量估计的输出反馈控制方法。该方法具有较好的快速性,同时,通过输出反馈控制可以有效减小偏差,具有良好的控制效果。首先,分析了发动机工作原理,并建立了面向控制的发动机模型,包括节气门处的空气质量流量模型以及进气歧管压力模型。同时,考虑到氧传感器自身的延迟和响应特性,对其进行了建模和分析。其次,本文详细研究了发动机气缸瞬态进气量估计算法。考虑到发动机系统的实时性,详细分析了造成发动机喷油指令延迟的原因,为了消除由油路时滞造成的偏差,提高发动机空燃比控制精度,设计了基于进气歧管压力的发动机气缸进气量估计和预测算法。并且设计了基于氧传感器的气缸进气量估计的PI闭环误差补偿。利用该预测算法对空燃比进行前馈控制,并在仿真软件en-DYNA中进行了仿真验证,前馈偏差明显减小。考虑到系统中存在的参数不确定性以及模型的不确定性,需要对系统加入反馈控制。本文将采用最优H∞输出反馈控制策略对空燃比进行反馈控制。首先,介绍了最优控制问题的基本结构,其次进行了混合灵敏度函数的设计以及加权函数的选择,最终得到最优H∞输出反馈控制的传递函数。最后,将前馈控制和反馈控制得到的喷油量相加,输入到被控对象中,从而实现对空燃比的精准控制。经过仿真验证,该控制器具有良好的鲁棒性,在瞬态过程,可以有效减小超调,控制效果较好。本文提出的基于气缸进气量估计的输出反馈控制方法,可以有效减小偏差,并适用于发动机的不同工况,对实际工程上的空燃比控制具有一定的参考意义。