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dSPACE?在发动机硬件在环仿真中的应用1
李修强?武汉理工大学能源与动力工程学院,湖北武汉
(430063)?E-mail : lixiuq@163.com
摘?要:利用四缸火花点火发动机模型,实践基于?dSPACE?实时仿真系统的具体实验方法,
判断控制器模型的优劣。其中包括基于?MATLAB/Simulink?的闭环离线仿真实验,?创建
ControlDesk?试验界面,完成应用程序的编译、连接,代码的生成及下载,调整?PI?参数进行
实时仿真实验。结果表明,选择?PI?控制器,发动机转速受负载转矩扰动较小,且能在较短时
间内消除影响。
关键词:dSPACE;实时仿真;MATLAB/Simulink;硬件在环
中图分类号:U664.122
1.引言
采用?dSPACE?仿真平台进行半实物仿真的研究,是发动机控制系统设计中的先进技术
手段。武汉理工大学能源与动力工程学院“211?工程”学科建设购买了“dSPACE?实时仿真系
统”,需要掌握其具体实验方法以应用到轮机工程学科的科学研究中。
dSPACE?已成为众多用户解决实际问题的一条可以信赖的途径,它使得控制系统的开
发、产品型控制器的仿真测试变得更加方便易行,大大加快了新产品的研制速度,也使技术
研究人员对控制算法及仿真测试方案的研究进入更高的境界。目前,dSPACE?已经广泛应用
于航空航天、汽车、发动机、电力机车、机器人、驱动及工业控制等领域[1]?。
本文首先介绍了四缸火花点火发动机模型,然后进行了基于?MATLAB/Simulink?的离线
仿真,得到闭环系统的仿真结果。通过基于?dSPACE?的发动机闭环实时仿真,掌握了代码的
生成及下载,连接变量,调节参数,实时观测发动机转速变化情况的实验方法。
2.数学模型
四缸内燃机建模与控制的数学形式及其?MATLAB?实现首先由?Crosskey?和?Cook?提出[2]。
The?MathWorks?公司的技术人员用?Simulink?2.0?版本建立了其?Simulink?模型[3]。模型可以从
活门、进气导管、质量流速、转矩产生、加速、压缩冲程几个部分进行分析。
2.1?活门模型
在仿真分析中首先要研究活门部分,其中控制输入信号为活门的角度?θ,单位为度。
进气导管导入空气速度的模型可以由两个函数的积来表示
mai???f?(??)g(Pm?)
mai
mai式中??为流入进气导管的质量流速,?Pm?为导管压力。因子?f?(??)?是关于活门角度?θ?
mai
经验公式函数,它可以写成
f?(??)???2.821???0.05231????0.10299??2???0.00063??3
另一个因子是导管压力的函数?g(Pm?)
1本课题得到高等学校博士学科点专项科研基金(项目编号:20040497012)的资助。
(2)
-1-
??2???P?P???P2?sign(P????
??2???P?P???P2?sign(P????P?)???? 2Pa?≥?Pm????Pa?/?2
g(Pm?)????
其他情况???????????????? (3)
a??sign(P???Pm?)
a
a其中?P?为大气压。
a
2.2?进气导管
进气的仿真模型可以表示成导管压力的微分方程
Vm??(m
Vm??(mai???mao?)
m
RT
(4)
maoPm其中?R?为给定的常数,T?为温度(单位为?oK),?Vm?为导管容积(单位为?m3),?
mao
Pm
口空气的质量流速(单位为?g/s),??为导管压力的变化率?(单位为?bar/s),在该系统中,
RT?/?Vm?=0.41328。
导管进气口空气的质量流速可以用下面的经验公式表示
2 mmao????0.366???0.08979NPm???0.0337NPm???0.0001N?2
2 m
(5)
??0.05??2m??????? (6)式中
??0.05??2m??????? (6)
2.3?转矩产生与加速模型
发动机产生的转矩模型由下面的经验公式表示
Teng????181.3???379.36ma???21.9(?A?/?F?)???0.85(?A?/?F?)2???0.26????0.0028??2
?0.027N???0.000107N?2???0.00048N????2.55?
m a a
式中?ma?为气缸内气体的质量(单位为?g),?A?/?F?为空气和燃料的比率,取?1/14.6,??为点火
提前量(单位为角度,取?15o),?Teng?为发动机产生的转矩(单位为?Nm)。
由发动机的转矩减去负载转矩,就可以计算出发动机的加速度
N
N???1??(Teng???Tload?)
(7)
式中为?J?为发动机的转
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