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基于DWT的汽油机爆震实时控制系统研究

作　者: 张琨
导　师: 宋宝玉
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 车辆工程
关键词: 爆震 DWT 控制策略强度判定 FPGA
分类号: TK411
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 78次
引　用: 1次
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内容摘要

火花点火式发动机广泛应用于各种汽车。爆震是汽油机的一种不正常燃烧状态,严重爆震会使汽油机各项性能全面下降,甚至损坏发动机。但是汽油机工作在爆震边缘时将获得最佳动力性和经济性,因此检测汽油机爆震并控制汽油机的点火提前角使其工作在爆震边缘有重要意义。本文研究Mallat小波分解及重构算法,提出了消除Mallat单子带重构算法过程中产生频率折叠的方法,并应用该算法从汽油机振动信号中提取出爆震特征。分析d2子带信号特征,提出了基于DWT(Discrete Wavelet Transform,离散小波变换)的特征域信号平均能量的爆震强度评价方法,研究表明该方法精度较高,运算量小,同时方便离散小波变换应用于爆震实时控制。基于DWT分析汽油机振动信号特征,提出适于实时应用的爆震控制策略。该策略根据发动机的转速和负荷将发动机的工作状态划分为爆震区和非爆震区,两者采用不同的控制策略。发动机在非爆震区域工况下,其最佳点火提前角为初始点火提前角、基本点火提前角和修正点火提前角之和。爆震区最佳点火提前角为基本点火提前角、爆震修正和其他修正之和。应用Matlab/Altera Dsp Builder建立基于离散小波变换的汽油机爆震实时控制系统。在Simulink环境下对该模型进行功能仿真,应用SignalCompiler将生成的模型转化为VHDL代码。使用ModelSim对VHDL代码进行RTL级仿真,应用Quartus II对VHDL代码进行编译适配、静态时序仿真和管脚绑定。选择合适的FPGA(Field Programmable Gate Array,现场可编程门阵列)开发板完成工程文件的下载。开发FPGA与ECU(Electronic Control Unit,电子控制单元)之间的通信接口,方便ECU对爆震实时控制系统反馈以及本控制系统的扩展应用。本文将离散小波变换应用于爆震特征提取,实现了对汽油机爆震的实时精确控制。

全文目录

摘要  3-4
Abstract  4-8
第1章绪论  8-17
  1.1 课题的来源及研究的目的和意义  8-9
  1.2 国内外研究现状及发展趋势  9-16
    1.2.1 爆震测量的研究现状  9-11
    1.2.2 爆震特征提取方法的研究现状  11-12
    1.2.3 爆震强度指标的研究现状  12-13
    1.2.4 爆震控制系统的研究现状  13-16
  1.3 主要研究内容  16-17
第2章基于小波的爆震特征提取及强度判定  17-26
  2.1 爆震信号的特点  17-18
  2.2 利用离散小波变换提取爆震特征  18-22
    2.2.1 离散小波变换算法  18-20
    2.2.2 爆震特征提取  20-22
  2.3 爆震强度判定  22-25
    2.3.1 常见的爆震强度判定方法  22-24
    2.3.2 本文的爆震强度判定方法  24-25
  2.4 本章小结  25-26
第3章爆震实时控制系统的Simulink建模及仿真  26-44
  3.1 爆震控制策略  26-31
    3.1.1 非爆震区域点火控制策略  27-28
    3.1.2 爆震区域的点火控制策略  28-31
  3.2 爆震实时控制系统的设计流程  31-33
  3.3 实时控制系统的设计  33-40
    3.3.1 控制系统的设计  33-34
    3.3.2 DWT分解及单子带重构模块的建立  34-37
    3.3.3 Mallat算法信号频率折叠的消除  37-39
    3.3.4 爆震强度判定模块的建立  39-40
  3.4 模型的Simulink仿真  40-42
  3.5 模型的VHDL代码转化  42-43
  3.6 本章小结  43-44
第4章控制系统的软件仿真  44-50
  4.1 代码的Modelsim RTL级仿真  44-46
  4.2 Quartus II编译  46-48
  4.3 本章小结  48-50
第5章控制系统的硬件实现  50-57
  5.1 芯片及FPGA开发板选择  50-52
  5.2 Quartus II管脚绑定及工程文件下载  52-53
  5.3 FPGA与ECU串行通信的实现  53-56
    5.3.1 串行通信接口组成  53
    5.3.2 串行通信的FPGA实现  53-56
  5.4 本章小结  56-57
结论  57-58
参考文献  58-61
附录1 控制系统VHDL代码  61-73
致谢  73

基于DWT的汽油机爆震实时控制系统研究

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