关于PID算法车用天然气发动机怠速闭环控制研究.pdf

第 2期 (总第 187期) 车 用 发 动 机 No．2(Seria1No．187) 2010年 4月 VEH ICLE ENGINE Apr．2010 基于PID算法的车用天然气发动机怠速闭环控制研究 孙晓娜 ，郑 轶 ，王道静 ，张红光 ，王 欣 ，田小飞 (1．北京工业大学环境与能源工程学院，北京 100124；2．承德石油高等专科学校汽车工程系，河北 承德 067000) 摘要 ：利用 自行改装 的天然 气发动机及 自主研发 的ECU和转速采集 系统 ，采取增 量式 PID控制算 法对发动机 怠速进行单闭环和双闭环控制 ，并进行 了试验验证及控制结果对 比分析。台架试验表 明：基于PID控制算法的怠 速 闭环控制有利于怠速 的稳定，在单 闭环基础上开发的双 闭环控制能更有效地降低怠速波动量。 关键词 ：天然气发动机 ；怠速 ；闭环控制 ；PID算法 中图分类号 ：TK432 文献标志码 ：B 文章编号 ：1001—2222(2010)02—0081—04 怠速是指能够维持发动机稳定运转 的最低转 片机用于控制发动机的电子点火 ，精确控制点火时 速 。怠速是汽车发动机重要的工作模式之一，城市 刻和点火线圈的闭合 (通 电)时间，实现发动机的电 中汽车怠速时间约 占总运行时间的 1／3，约有 3O 子点火功 能 ；另 1个 ATmega8L单片机 则作为 的燃油消耗在怠速工况u]。天然气发动机的一个重 ECU的主控单片机 ，接收各种传感器采集到的数据 要的直用是城市公交车 ，因此 ，怠速运行的稳定性是 并进行计算 ，同时也控制着发动机起动时的空气供 评价天然气发动机怠速工作质量 的一项重要指标 ， 给量以及怠速工况下的空气供给量 ]。 直接影响着发动机的燃油经济性以及排放性能_l2j。 怠速控制系统的软件程序采用 c语言进行编 本研究通过 自行改装的发动机 以及 自主开发的电控 写 ，程序开发基于 winAVR平台。怠速转速闭环控 单元 ，采取增量式 PID算法制定 了控制策略 ，进行 制采用了增量式 PID控制算法。 了单闭环 、双闭环怠速控制对比试验 ，通过调整不同 2 怠速闭环控制策略 的控制参数实现怠速的稳定控制。 发动机怠速运行工况十分复杂，具有显著的非 1 试验系统与条件 线性 、时变性 和不确定性 等特点l5]。本试验怠速转 本研究采用的发动机是 由JL465Q5汽油机改 速的控制采用增量式 PID控制算法，直接输出控制 装的天然气发动机。原机为 4行程 、直列 4缸、水 量的增量，不需要偏差累积 。发动机在怠速工况下 冷、顶置凸轮轴 、闭环多点燃油喷射发动机，其排量 工作时，其转速主要受点火提前角 、空气量和空燃比 为 1．012L，压缩 比为 9．6，缸径为 65．5Flim，最大功 的影响。因此，通常将 发动机的怠速控制系统看成 率为 39kW，最大功率转速为 5300r／min。在原机 是 由3个输入量和 1个输出量组成的多变量系统。 的基础上加装了1套完整的天然气供给系统和电控 2．1 怠速单 闭环控制 系统。试验使用的天然气是在加气站灌注的压缩天 怠速工况下发动机的工作转速变化范围很小， 然气 ，其主要成分为甲烷 ，存贮在高压气瓶 内。改造 因此 ，点火提前角可 以假设为定值 。如果再将空燃 后的天然气供气系统采用进气总管单点喷射方式 。 比当作 1个干扰参数 ，则怠速控制系统可以简化为 试验所采用 的电子控制单元