车用发动机VVT系统双积分自调节PID控制的研究.docx

车用发动机VVT系统双积分自调节PID控制的研究钟凯弦1熊锐1吴坚1，2林思聪1，2傅亮奇1张宁1(1－广东工业大学机电工程学院广东广州5100062－广州汽车集团股份有限公司汽车工程研究院)摘要:针对车用发动机VVT系统工况变化复杂、非线性和滞后性等特点，设计了双积分的PID控制策略，同时加入了积分预控的功能，并对微分部分作了自调节处理。通过试验验证了本VVT控制策略的 可行性与实用性。关键词:可变气门正时(VVT)双积分自调节PID控制中图分类号:TK413．4文献标识码:A文章编号:1671－0630(2014)01－0009－05StudyonDualIntegrationandSelf-AdjustmentPIDControlofVVTSysteminVehicleEngineZhongKaixian1，XiongＲui1，WuJian1，2，LinSicong1，2，FuLiangqi1，ZhangNing11－FacultyofElectromechanicalEngineering，GuangdongUniversityofTechnology(Guangzhou， Guangdong，510006，China)2－AutomotiveEngineeringInstitute，GACAbstract:AstheoperatingstatusoftheVVTsystemiscomplex，nonlinearanddelayed，thispaperdesignsa dualintegrationPIDcontrolstrategy，andaddsthefunctionofI－partprecontrol．Besides，thisstrategy can enableD－partautomatically．Finally，theexperimentalstudyiscarriedoutonatestvehicle，validatesthefeasibilityandpracticabilityofthecontrolstrategy．Keywords:VVT，Dualintegration，Self-adjustment，PIDcontrol引言可变气门正时(VVT)技术可以减少发动机泵气损失，提高换气质量，最终改善发动机的燃烧过程，使发动机的动力性、经济性和排放性得到显著提高［1，2］。 由于车用发动机工况复杂多变，VVT执行机构呈现出非线性、滞后性和数学模型十分复杂等特点，增加了其电控系统的控制难度。常规PID控制具有结构简单，稳定性能好，可靠性高，容易实现等优点，但其主要适用于可建立精确数学 模型的确定性控制系统。而本系统数学模型的建立与 电磁阀流量特性、液压油阻尼、凸轮轴摩擦力等特性相关，因此建立VVT系统精确的数学模型十分复杂，故常规的PID控制不能很好地满足系统的要求。1VVT系统的特性与控制要求VVT系统由电磁分配阀、凸轮轴叶片式调节器、 曲轴位置传感器、凸轮轴位置传感器及发动机电控单元(ECU)构成［3］。发动机控制单元根据发动机转速、 负荷等相关信息，确定进排气门的配气正时，通过装在凸轮轴前端的液压执行机构转动凸轮轴，根据VVT霍 尔传感器提供的反馈信号，将配气相位准确地调整到所要求的角度。执行机构的原理如图1所示，图中电磁分配阀由作者简介:钟凯弦(1984－)，男，硕士研究生，主要研究方向为发动机电子控制技术。ECU输出的占空比(PWM)信号进行控制。轴向移动电磁分配阀柱塞的位置，可以改变机油通向叶轮室叶轮两侧的通路，进入叶轮室内的机油推动叶轮相对正时链轮转动，从而改变气门正时。图1执行机构工作原理图该系统采用液压执行机构，故有一定的滞后性;同时电磁阀的流量与占空比具有非线性特性，两个出口的流量只在40%～70%之间才会迅速变化［4］。而随着发动机工况的变化，机油压力、机油温度以及发动机 转速等都会改变，这对系统滞后的不确定性，系统的响应及控制精度都会造成较大的影响。为了使装有VVT系统的汽车具有优越的驾驶性、 经济性与良好的排放性能，就要求电控系统对VVT进 行快速、准确的控制，同时要求尽量减小液压机构迟滞 时间对系统的影响［5］。2双积分PID控制策略2．1传统PID算法简介根据偏差的比例、积分、微分进行控制(简称PID控制)，是工业控制中应用最为广泛的一种控制方式。从而加快系统的动作速度，减少调节时间。但对于VVT系统的特性，用一组事先设定的PID参数实施控制难以达到很好的控制效果。2．2双积分PID算法根据上述分析，参考A．UmutGenc等人对VVT系 统所建立的数学模型及分析［7］，本文提出双积分PID控制策略。在传统的积分项后再增加一个积分环节，形成快慢两个积分环节。其中快积分的积分