一种基于信号补偿控制器的电子节气门控制系统技术方案

本发明专利技术一种基于信号补偿控制器的电子节气门控制系统，包括：采集节气门阀的转动角度的节气门阀位置传感器；接收节气门阀位置传感器传送的节气门阀的转动角度，与节气门阀期望的转动角度相比较，得到气门阀的位置偏差，根据节气门阀的位置偏差，输出控制信号I的信号补偿控制器；接收信号补偿控制器传送的控制信号，输出控制信号II的PWM电路；接收PWM电路输出控制信号II，驱动电机改变转速进行转动、输出动能；接收电机输出的动能，进行转动，输出转动信号的齿轮组；接收齿轮组输出的转动信号，克服复位的复位弹簧；复位弹簧输出扭矩信号调节节气门阀的转动角度，本方法可以实现快速准确的控制节气门的开度变化，加快电子节气门系统响应速度。统响应速度。统响应速度。

【技术实现步骤摘要】
一种基于信号补偿控制器的电子节气门控制系统


[0001]本专利技术属于汽车发动机电子节气门控制系统，具体涉及一种基于信号补偿控制器的电子节气门控制系统。

技术介绍

[0002]汽车发动机结构复杂、控制变量众多，电子节气门就是发动机进气系统的重要元件之一。节气门与发动机气缸连接，通过控制节气门的开度，可以调节发动机的进气量，从而直接影响发动机的燃烧做功。传统的节气门通过拉杆与加速踏板连接，驾驶员通过加速踏板直接控制节气门开度，这种机械的控制方式不能保证汽车复杂电控系统对扭矩需求的精准控制要求。
[0003]目前，电子节气门控制系统已经取代机械的节气门系统。电子节气门的精确控制不仅可以改善燃油经济性，还可以提高汽车驾驶的平稳性与安全性，改善汽车的操作性能。然而，由于实际的电子节气门系统存在强非线性和不确定性，如传动摩擦、复位弹簧和齿轮间隙带来的非线性因素，导致电子节气门的精确控制非常困难，因此，电子节气门控制算法的研究具有重要意义。
[0004]针对电子节气门系统的传统控制方法有：(1)采用经典比例积分微分(PID)控制，将实验数据预存在电子控制单元中形成查找表，控制器增益通过查表确定，此标定匹配工作量大、成本高、开发周期长，需要寻找能根据运行条件实时改变控制器增益的控制模型以取代查找表。(2)建立精确的数学模型，对复位弹簧和摩擦的非线性精确建模然后补偿，这种方法复杂，受模型精度影响较大。

技术实现思路

[0005]为了解决上述问题，本专利技术提供本专利技术采用的技术方案是：一种基于信号补偿控制器的电子节气门控制系统，包括：
[0006]采集节气门阀的转动角度的节气门阀位置传感器；
[0007]接收所述节气门阀位置传感器传送的节气门阀的转动角度，与所述节气门阀期望的转动角度相比较，得到气门阀的位置偏差，根据节气门阀的位置偏差，输出控制信号I的信号补偿控制器；
[0008]接收所述信号补偿控制器传送的控制信号，输出控制信号II的PWM电路；
[0009]接收所述PWM电路输出控制信号II，驱动所述电机改变转速进行转动、输出动能；
[0010]接收所述电机输出的动能，进行转动，输出转动信号的齿轮组；
[0011]接收所述齿轮组输出的转动信号，克服复位弹簧扭矩；
[0012]所述复位弹簧输出扭矩信号调节节气门阀的转动角度。
[0013]进一步地：所述节气门系统数学模型如下：
[0014][0015]其中：k
tf
为库伦摩擦力系数，n为减速齿轮组的传动比，k
pre
为复位弹簧预紧力矩系数，θ为节气门旋转角度，J
m
为电机转动惯量，k
sp
为复位弹簧弹性系数，θ0为节气门默认开度，J
g
为节气门挡板转轴的转动惯量，k
tf
为库伦摩擦力系数，k
f
为粘性摩擦力系数，k
m
为电机轴阻尼系数，k
t
为电机扭矩常数，R
a
为电枢回路的总电阻。
[0016]进一步地：所述节气门系统数学模型的构建过程如下：
[0017]步骤1.1：建立驱动电机的数学模型；
[0018]根据电学基本定律基尔霍夫定律，列出电子节气门的驱动电机回路方程为：
[0019][0020]式中R
a
为电枢回路的总电阻；L
a
为电枢回路总电感；i
a
为电枢电流；E
a
为电机输入电压；V
b
为电机反向电动势；
[0021]根据电磁感应定律得V
b
：
[0022][0023]其中：k
b
为电机反向电动势常数；θ
m
为电机转子旋转角度；
[0024]由转矩公式得电机电流i
a
：
[0025][0026]其中：k
t
为电机扭矩常数；T
m
为电机转矩；
[0027]将式(3)代入(2)得：
[0028][0029]电枢电流的动态特性为：
[0030][0031]根据牛顿第二定律角动量原理，电机旋转角θ
m
的动力学方程为：
[0032][0033]其中：J
m
为电机转动惯量；k
m
为电机轴阻尼系数；T
L
为负载扭矩，即电机输出扭矩；
[0034]步骤1.2：建立复位弹簧模型；
[0035]复位弹簧的数学表达式为：
[0036]T
sp
＝k
sp
(θ
‑
θ0)+k
pre sgn(θ
‑
θ0)
ꢀꢀꢀ
(7)
[0037][0038]其中T
sp
为节气门复位弹簧扭矩；k
sp
为复位弹簧弹性系数；θ为节气门旋转角度；θ0为节气门默认开度；k
pre
为复位弹簧预紧力矩系数；
[0039]步骤1.3：建立减速齿轮组数学模型；
[0040]忽略减速齿轮间隙的影响，节气门减速齿轮组的传动比为：
[0041][0042]其中：n为减速齿轮组的传动比；T
g
为节气门阀片轴上的作用扭矩。
[0043]将公式(4)和(7)代入(10)中得到T
g
为：
[0044][0045]步骤1.4：建立摩擦扭矩数学模型；
[0046]阀片在转动中会受到各种阻碍其运动的摩擦力的影响，其中影响最大的是粘性摩擦力和库仑摩擦力，其总摩擦力扭矩公式为：
[0047][0048]其中：T
tf
为节气门总摩擦力扭矩；k
tf
为库伦摩擦力系数；k
f
为粘性摩擦力系数；
[0049]步骤1.5：建立节气门系统数学模型；
[0050]根据牛顿第二定律角动量守恒原理，节气门阀片旋转角度θ为：
[0051][0052]其中：J
g
为节气门挡板转轴的转动惯量；T
d
为空气流量负载扰动；
[0053]将公式(8)、(11)和(12)代入公式(13)中整理合并得：
[0054][0055]其中：表示节气门的角加速度；
[0056]将系统模型简化为公式(14)形式，由线性部分和非线性部分组成：
[0057]A(z
‑1)y(k+1)＝B(z
‑1)u(k)+v(k)
ꢀꢀꢀ
(14)
[0058]其中：y(k+1)表示节气门角度θ的离散形式，u(k)表示系统输入电压E
a
的离散形式，并且多项式A(z
‑1)＝1+a1z
‑1+a2z
‑2，B(z
‑1)本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于信号补偿控制器的电子节气门控制系统，其特征在于：包括：采集节气门阀的转动角度的节气门阀位置传感器；接收所述节气门阀位置传感器传送的节气门阀的转动角度，与所述节气门阀期望的转动角度相比较，得到气门阀的位置偏差，根据节气门阀的位置偏差，输出控制信号I的信号补偿控制器；接收所述信号补偿控制器传送的控制信号，输出控制信号II的PWM电路；接收所述PWM电路输出控制信号II，驱动所述电机改变转速进行转动、输出动能；接收所述电机输出的动能，进行转动，输出转动信号的齿轮组；接收所述齿轮组输出的转动信号，克服复位弹簧扭矩；所述复位弹簧输出扭矩信号调节节气门阀的转动角度。2.根据权利要求1所述的一种基于信号补偿控制器的电子节气门控制系统，其特征在于：所述节气门系统数学模型如下：其中：k
tf
为库伦摩擦力系数，n为减速齿轮组的传动比，k
pre
为复位弹簧预紧力矩系数，θ为节气门旋转角度，J
m
为电机转动惯量，k
sp
为复位弹簧弹性系数，θ0为节气门默认开度，J
g
为节气门挡板转轴的转动惯量，k
tf
为库伦摩擦力系数，k
f
为粘性摩擦力系数，k
m
为电机轴阻尼系数，k
t
为电机扭矩常数，R
a
为电枢回路的总电阻。3.根据权利要求1所述的一种基于信号补偿控制器的电子节气门控制系统，其特征在于：所述节气门系统数学模型的构建过程如下：步骤1.1：建立驱动电机的数学模型；根据电学基本定律基尔霍夫定律，列出电子节气门的驱动电机回路方程为：式中R
a
为电枢回路的总电阻；L
a
为电枢回路总电感；i
a
为电枢电流；E
a
为电机输入电压；V
b
为电机反向电动势；根据电磁感应定律得V
b
：其中：k
b
为电机反向电动势常数；θ
m
为电机转子旋转角度；由转矩公式得电机电流i
a
：其中：k
t
为电机扭矩常数；T
m
为电机转矩；将式(3)代入(2)得：电枢电流的动态特性为：
根据牛顿第二定律角动量原理，电机旋转角
θm
的动力学方程为：其中：J
m
为电机转动惯量；k
m
为电机轴阻尼系数；T
L
为负载扭矩，即电机输出扭矩；步骤1.2：建立复位弹簧模型；复位弹簧的数学表达式为：T
sp
＝k
sp
(θ
‑
θ0)+k
pre
sgn(θ
‑
θ0)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(7)其中T
sp
为节气门复位弹簧扭矩；k
sp
为复位弹簧弹性系数；θ为节气门旋转角度；θ0为节气门默认开度；k
pre
为复位弹簧预紧力矩系数；步骤1.3：建立减速齿轮组数学模型；忽略减速齿轮间隙的影响，节气门减速齿轮组的传动比为：其中：n为减速齿轮组的传动比；T
g
为节气门阀片轴上的作用扭矩。将公式(4)和(7)代入(10)中得到T
g
为：步骤1.4：建立摩擦扭矩数学模型；阀片在转动中会受到各种阻碍其运动的摩擦力的影响，其中影响最大的是粘...

【专利技术属性】
技术研发人员：李渝哲，曹薇薇，柴天佑，康铭鑫，
申请(专利权)人：东北大学，
类型：发明
国别省市：