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基于Backstepping的电子节气门控制

作　者: 宋同好
导　师: 陈虹
学　校: 吉林大学
专　业: 控制理论与控制工程
关键词: 电子节气门控制电子节气门建模输入—状态稳定性 backstepping
分类号: U464
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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引　用: 2次
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内容摘要

节气门是用来调节发动机进气流量的机械装置。相对于传统的节气门,电子节气门可以实现更为灵活准确的进气量控制,这使得它正在越来越普遍的应用于汽车发动机,对电子节气门的有效控制也变得更为迫切和重要,开展电子节气门控制的研究是一项很有意义的工作。本文的工作目的就是要开发一种具有优良性能的控制算法,为电子节气门控制提供新的思路。本文的工作主要包括:1)电子节气门建模以电压占空比为模型输入,节气门开度为模型输出,利用电子节气门系统的电路方程、运动学方程,建立了电子节气门的二阶连续状态空间模型,并采用包括辨识的各种方法来获取模型参数,最后对所获得的模型进行了辨识;2)控制器设计及闭环系统稳定性分析利用backstepping方法推导电子节气门的控制律,得到了前馈加误差校正的控制算法,再采用ISS方法来分析闭环加扰动系统的鲁棒稳定性,得出系统具有鲁棒稳定性的结论;3)实验验证本文进行了闭环系统的仿真实验和控制器快速原型实验,实验结果说明闭环系统完全能够达到节气门控制系统的性能要求,并且控制器具有很好的鲁棒性能。通过以上工作,本文最终得出一种基于前馈和误差校正的控制算法,并且初步证实这种控制算法具有优良的性能,为节气门控制开辟了新的思路。本文的研究工作由国家杰出青年科学基金(60725311)资助。

全文目录

提要  4-7
第1章绪论  7-15
  1.1 问题提出  7
  1.2 电子节气门的研究意义  7-8
  1.3 节气门控制系统介绍  8-11
    1.3.1 节气门简介  8-10
    1.3.2 电子节气门控制系统  10-11
  1.4 电子节气门研究与应用现状  11-12
  1.5 本课题研究的内容与方法  12-15
第2章预备知识  15-23
  2.1 backstepping 简介  15-19
    2.1.1 backstepping 基础  15-17
    2.1.2 backstepping 设计方法  17-19
  2.2 ISS 简介  19-20
  2.3 矩阵的加号逆与方程组的最小二乘解  20-21
    2.3.1 矩阵的加号逆  20
    2.3.2 矩阵形式方程组的最小二乘解  20-21
  2.4 本章小结  21-23
第3章电子节气门的数学模型及控制要求  23-39
  3.1 电子节气门的物理结构及工作原理  23-25
  3.2 电子节气门的数学模型  25-29
    3.2.1 直流电机及其驱动环节的数学模型  25-26
    3.2.2 减速齿轮组的数学模型  26
    3.2.3 复位弹簧的数学模型  26-27
    3.2.4 节气门的数学模型  27-28
    3.2.5 电子节气门的状态空间模型  28-29
  3.3 模型参数辨识  29-34
  3.4 电子节气门模型校验  34-37
  3.5 电子节气门的控制要求  37-38
  3.6 本章小结  38-39
第4章控制器设计及闭环系统性能分析  39-51
  4.1 基于backstepping 方法的控制器设计  39-41
  4.2 闭环系统的性能分析  41-49
    4.2.1 闭环系统的初步分析  41-43
    4.2.2 闭环系统的简化  43-47
    4.2.3 闭环系统的ISS 分析  47-49
  4.3 本章小结  49-51
第5章实验验证  51-65
  5.1 电子节气门闭环系统仿真实验  51-58
    5.1.1 闭环系统阶跃响应  51-56
    5.1.2 闭环系统正弦响应  56-58
  5.2 控制器快速原型实验  58-64
  5.3 实验结论  64-65
第6章全文总结和展望  65-67
  6.1 全文工作总结  65
  6.2 今后工作展望  65-67
参考文献  67-73
致谢  73-74
摘要  74-76
ABSTRACT  76-77

基于Backstepping的电子节气门控制

内容摘要

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