基于MatlabSimulink的电子节气门控制系统仿真.doc

基于Matlab/Simulink的电子节气门控制系统仿真 专业：机械制造及其自动化 Matlab仿真程序及各仿真系统工作原理 电子节气门控制系统的几个主要仿真模型: 系统总体模型、电机电流控制模型和节气门轴运动控制模型。 1.1系统总体模型 图1 节气门体控制系统仿真框图 节气门体系统总体模型主要包括下列封装模块: 信号输入模块、传感器模块、节气门体模块、控制器模块。其中输入的工况信号包括连续信号和离散信号, 节气门输出信号为连续信号, 而控制器的输入输出信号都是离散信号。输入的信号在传感器中经过采样、滤波等各种处理后, 进入控制器; 控制器根据车辆运行工况信息, 得出发动机运行模式, 从而确定节气门的控制策略, 进入相应控制算法, 计算出电机控制电流, 并与预期电流比较得到电机PWM 控制信号; 该信号进入节气门体模块, 控制电机驱动节气门转动, 由此得出电机实际运行电流和节气门转角; 这两个值再输入传感器, 实现闭环控制。 1.2电机电流控制模型 图2 电机电流控制模型 图3 PWM ON内部封装图 图4 饱和函数参数设计 直流电机由控制器输出的PWM 控制信号控制电机电流大小和方向, 即控制了扭矩的大小和方向, 从而驱动节气门达到预期位置。如果控制信号是高电平触发PWM ON 模块, 而其低电平则抑制PWM OFF 模块。两模块中的结构基本相似, 都是计算出电流的微分, 两者经过合并( Merge) 模块进行矢量集成后, 经过积分模块得到电机电流, 其后又经过饱和模块防错处理再进入节气门模块, 同时电流也反馈回电机模块进行计算。 1.3节气门轴运动控制模型 图5 节气门轴运动控制模型 图6 积分器参数设计 图6 初始角参数设计 输入电机模块中的电流, 输出感应电动势到电机模块, 节气门转角大小则输出到传感器模块。节气门轴上驱动力矩为电机输入扭矩; 阻力扭矩包括弹簧扭矩、库仑阻尼、粘滞阻尼等。 根据各扭矩之和与节气门转动角速度的关系, 可以得到节气门转角。模块中包含多个非线性元件, 如非线性库仑摩擦力, 非线性弹簧扭矩等。 仿真结果及分析 变结构滑模控制器仿真结果如下图所示。 图7 滑模控制器的仿真 由于程序编制的模型始终存在缺陷，参数的设计业始终不能达到预期，按照论文的要求控制参数设定如下: 滑模参数= 30, 模拟算法采用变步长Runga Kutta 法,最大步长2ms。从图7可看到, 节气门最初关闭, 大约0.15s 内到达滑模面。大约在0.25s 内, 节气门角度误差不超过理想值的2%。理想的节气门角度从全开到全关的周期为1s之内, 实际转角能够快速跟踪理想转角值。 小结 本次仿真中间出现了一些问题，仿真出来的结果适中不能达到理想的效果，由于自己的知识储备有限和时间的问题，还有许多需要老师指正改进的地方，整体上从论文仿真结果和自己的仿真分析对比，可以知道，全局滑模控制器具有较短的响应时间和很小的超调量，能够使电子节气门系统达到较好的控制效果，并具有较强的鲁棒性，可适应节气门长期使用后参数的变化，是比较理想的控制方法。