【正文】 Lecture01: Automobile Powertrain Electronics SUBTITLES 汽車電子基礎(chǔ) 汽油發(fā)動機(jī)的電 子控制 復(fù) 習(xí) 題 柴油發(fā)動機(jī)的電 子控制 汽車自動變速控 制技術(shù) 主講： 王文林 教授 南昌大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院 車輛工程技術(shù)研究中心 汽車傳動系統(tǒng)的電子控制 Lecture01: Automobile Powertrain Electronics SUBTITLES 汽車電子基礎(chǔ) 汽油發(fā)動機(jī)的電 子控制 復(fù) 習(xí) 題 柴油發(fā)動機(jī)的電 子控制 汽車自動變速控 制技術(shù) 反饋控制原理 人工控制恒溫箱 控制過程 : ? 觀測恒溫箱內(nèi)的溫度（被控制量） ? 與要求的溫度（給定值）進(jìn)行比較得到溫度偏差的大小和方向 ? 根據(jù)偏差大小和方向調(diào)節(jié)調(diào)壓器，控制加熱電阻絲的電流以調(diào)節(jié)溫度回復(fù)到要求值。 實(shí)質(zhì) : 檢測偏差再糾正偏差 1 2 3 Lecture01: Automobile Powertrain Electronics SUBTITLES 汽車電子基礎(chǔ) 汽油發(fā)動機(jī)的電 子控制 復(fù) 習(xí) 題 柴油發(fā)動機(jī)的電 子控制 汽車自動變速控 制技術(shù) 反饋控制原理 自動控 制恒溫箱 ?溫度偏差信號經(jīng)電壓、功率放大后，用以驅(qū)動執(zhí)行電動機(jī)，并通過傳動機(jī)構(gòu)拖動調(diào)壓器動觸頭。當(dāng)溫度偏高時，動觸頭向減小電流的方向運(yùn)動，反之加大電流，直到溫度達(dá)到給定值為止，此時，偏差?u=0,電機(jī)停止轉(zhuǎn)動。 控制過程 : ?恒溫箱實(shí)際溫度由熱電偶轉(zhuǎn)換為對應(yīng)的電壓 u2 ?恒溫箱期望溫度由電壓 u1給定，并與實(shí)際溫度 u2比較得到溫度偏差信號?u=u1u2 Lecture01: Automobile Powertrain Electronics SUBTITLES 汽車電子基礎(chǔ) 汽油發(fā)動機(jī)的電 子控制 復(fù) 習(xí) 題 柴油發(fā)動機(jī)的電 子控制 汽車自動變速控 制技術(shù) 反饋控制原理 系統(tǒng)原理方塊圖 實(shí)質(zhì) : 檢測偏差 糾正偏差 Lecture01: Automobile Powertrain Electronics SUBTITLES 汽車電子基礎(chǔ) 汽油發(fā)動機(jī)的電 子控制 復(fù) 習(xí) 題 柴油發(fā)動機(jī)的電 子控制 汽車自動變速控 制技術(shù) 反饋控制原理 從恒溫箱控制系統(tǒng)功能框圖可見： ? 給定量位于系統(tǒng)的輸入端，稱為 系統(tǒng)輸入量 ，也稱為 參考輸入量 （信號）。 ? 被控制量位于系統(tǒng)的輸出端，稱為 系統(tǒng)輸出量 。 ? 輸出量 （ 全部或一部分 ） 通過測量裝置返回系統(tǒng)的輸入端 ， 使之與輸入量進(jìn)行比較 ，產(chǎn)生 偏差 （ 給定信號與返回的輸出信號之差 ） 信號 。 輸出量的返回過程稱為 反饋 。返回的全部或部分輸出信號稱為 反饋信號 。 Lecture01: Automobile Powertrain Electronics SUBTITLES 汽車電子基礎(chǔ) 汽油發(fā)動機(jī)的電 子控制 復(fù) 習(xí) 題 柴油發(fā)動機(jī)的電 子控制 汽車自動變速控 制技術(shù) 反饋控制原理 ① 檢測輸出量（被控制量）的實(shí)際值； ② 將輸出量的實(shí)際值與給定值（輸入量）進(jìn)行比較得出偏差； ③ 用偏差值產(chǎn)生控制調(diào)節(jié)作用去消除偏差，使得輸出量維持期望的輸出 。 綜上所述， 控制系統(tǒng)的工作原理 可 簡述如下： 由于存在輸出量反饋 ， 上述系統(tǒng)能在存在無法預(yù)計(jì)擾動的情況下 ， 自動減少系統(tǒng)的輸出量與參考輸入量 （ 或者任意變化的希望的狀態(tài) ） 之間的偏差 ， 故稱之為 反饋控制 。 顯然： 反饋控制 建立在 偏差基礎(chǔ) 上 ， 其控制方式是 “ 檢測偏差 再 糾正偏差 ” 。 Lecture01: Automobile Powertrain Electronics SUBTITLES 汽車電子基礎(chǔ) 汽油發(fā)動機(jī)的電 子控制 復(fù) 習(xí) 題 柴油發(fā)動機(jī)的電 子控制 汽車自動變速控 制技術(shù) 反饋控制原理 開環(huán)控制 控制器與被控對象間只有順序作用而無反饋聯(lián)系，控制單方向進(jìn)行。 數(shù)控機(jī)床的開環(huán)控制系統(tǒng)方塊圖 優(yōu)點(diǎn) ：簡單、穩(wěn)定、可靠。若組成系統(tǒng)的元件特性和參數(shù)值比較穩(wěn)定，且外界干擾較小，開環(huán)控制能夠保持一定的精度。 缺點(diǎn) ： 精度通常較低、無自動糾偏能力。 Lecture01: Automobile Powertrain Electronics SUBTITLES 汽車電子基礎(chǔ) 汽油發(fā)動機(jī)的電 子控制 復(fù) 習(xí) 題 柴油發(fā)動機(jī)的電 子控制 汽車自動變速控 制技術(shù) 反饋控制原理 閉環(huán)控制 閉環(huán)控制系統(tǒng)特點(diǎn)：輸出端和輸入端之間存在反饋回路 ， 輸出量對控制過程有直接影響 。 閉環(huán)的作用：應(yīng)用反饋 ， 減少偏差 。 優(yōu)點(diǎn)： 精度較高，對外部擾動和系統(tǒng)參數(shù)變化不敏感 缺點(diǎn)： 存在穩(wěn)定、振蕩、超調(diào)等問題，系統(tǒng)性能分析 和設(shè)計(jì)麻煩。 Lecture01: Automobile Powertrain Electronics SUBTITLES 汽車電子基礎(chǔ) 汽油發(fā)動機(jī)的電 子控制 復(fù) 習(xí) 題 柴油發(fā)動機(jī)的電 子控制 汽車自動變速控 制技術(shù) 反饋控制原理 自動控制的基礎(chǔ)為閉環(huán)控制 。 控制論的奠基人 給出的定義為： “ Feedback is a method of controlling a system by inserting into it the result of its past performance” Lecture01: Automobile Powertrain Electronics SUBTITLES 汽車電子基礎(chǔ) 汽油發(fā)動機(jī)的電 子控制 復(fù) 習(xí) 題 柴油發(fā)動機(jī)的電 子控制 汽車自動變速控 制技術(shù) 反饋控制原理 動作要求 偏差 控制算法 ECU 能量輸入 外部擾動 執(zhí)行機(jī)構(gòu) 被控對象 動態(tài)模型 傳感裝置 輸出 ＋ － 自動控制系統(tǒng)的一般結(jié)構(gòu) Lecture01: Automobile Powertrain Electronics SUBTITLES 汽車電子基礎(chǔ) 汽油發(fā)動機(jī)的電 子控制 復(fù) 習(xí) 題 柴油發(fā)動機(jī)的電 子控制 汽車自動變速控 制技術(shù) 反饋控制原理 自動控制系統(tǒng)的評價指標(biāo) ? 穩(wěn)定性 系統(tǒng)動態(tài)過程的振蕩傾向及其恢復(fù)平衡狀態(tài)的能力。穩(wěn)定的系統(tǒng)當(dāng)輸出量偏離平衡狀態(tài)時，其輸出能隨時間的增長收斂并回到初始平衡狀態(tài)。 不穩(wěn)定 穩(wěn)定 Lecture01: Automobile Powertrain Electronics SUBTITLES 汽車電子基礎(chǔ) 汽油發(fā)動機(jī)的電 子控制 復(fù) 習(xí) 題 柴油發(fā)動機(jī)的電 子控制 汽車自動變速控 制技術(shù) 反饋控制原理 穩(wěn)定性可以這樣定義 ： 當(dāng)一個實(shí)際的系統(tǒng)處于一個平衡的狀態(tài)時 ， 如果受到外來作用的影響 ， 系統(tǒng)經(jīng)過一個過渡過程仍然能夠回到原來的平衡狀態(tài) ， 稱這個系統(tǒng)是穩(wěn)定的 ， 否則稱系統(tǒng)不穩(wěn)定 。 ? 穩(wěn)定性是控制系統(tǒng)正常工作的先決條件。 ? 控制系統(tǒng)穩(wěn)定性由系統(tǒng)結(jié)構(gòu)所決定 ， 與外界因素?zé)o關(guān) 。 ? 穩(wěn)定性由控制系統(tǒng)內(nèi)部儲能元件的能量不可能突變所產(chǎn)生的慣性滯后作用所導(dǎo)致 。 Lecture01: Automobile Powertrain Electronics SUBTITLES 汽車電子基礎(chǔ) 汽油發(fā)動機(jī)的電 子控制 復(fù) 習(xí) 題 柴油發(fā)動機(jī)的電 子控制 汽車自動變速控 制技術(shù) 反饋控制原理 ? 穩(wěn)態(tài)誤差 : 系統(tǒng)的調(diào)整（過渡）過程結(jié)束而趨于穩(wěn)定狀態(tài)時，系統(tǒng)輸出的實(shí)際值與給定量之間的差值。 ? 快速性： 輸出量和輸入量產(chǎn)生偏差時 ， 系統(tǒng)消除這種偏差的快慢程度 。 快速性表征系統(tǒng)的動態(tài)性能 。 ? 精確性： 控制精度，以穩(wěn)態(tài)誤差來衡量。 注意： ① 不同性質(zhì)的控制系統(tǒng) ， 對穩(wěn)定性 、 精確性和快速性要求各有側(cè)重 ② 系統(tǒng)的穩(wěn)定性 、 精確性 、 快速性相互制約 ， 應(yīng)根據(jù)實(shí)際需求合理選擇 。 ts t 0 x to( )xo( )?M p 2Δ Lecture01: Automobile Powertrain Electronics SUBTITLES 汽車電子基礎(chǔ) 汽油發(fā)動機(jī)的電 子控制 復(fù) 習(xí) 題 柴油發(fā)動機(jī)的電 子控制 汽車自動變速控 制技術(shù) 反饋控制原理 自動控制系統(tǒng) (1) Lecture01: Automobile Powertrain Electronics SUBTITLES 汽車電子基礎(chǔ) 汽油發(fā)動機(jī)的電 子控制 復(fù) 習(xí) 題 柴油發(fā)動機(jī)的電 子控制 汽車自動變速控 制技術(shù) 反饋控制原理 自動控制系統(tǒng) (2) Lecture01: Automobile Powertrain Electronics SUBTITLES 汽車電子基礎(chǔ) 汽油發(fā)動機(jī)的電 子控制 復(fù) 習(xí) 題 柴油發(fā)動機(jī)的電 子控制 汽車自動變速控 制技術(shù) 反饋控制原理 自動控制系統(tǒng) (3) Lecture01: Automobile Powertrain Electronics SUBTITLES 汽車電子基礎(chǔ) 汽油發(fā)動機(jī)的電 子控制 復(fù) 習(xí) 題 柴油發(fā)動機(jī)的電 子控制 汽車自動變速控 制技術(shù) 汽車電子技術(shù) — 自動控制在汽車領(lǐng)域的應(yīng)用 傳統(tǒng)汽車 現(xiàn)代汽車 機(jī)械系統(tǒng) 機(jī)電一體化 多種高新技術(shù) ?勞動密集 ?技術(shù)密集 ?技術(shù)密集 ?知識密集 Lecture01: Automobile Powertrain Electronics SUBTITLES 汽車電子基礎(chǔ) 汽油發(fā)動機(jī)的電 子控制 復(fù) 習(xí) 題 柴油發(fā)動機(jī)的電 子控制 汽車自動變速控 制技術(shù) 汽車電子技術(shù) — 自動控制在汽車領(lǐng)域的應(yīng)用 第一階段 第二階段 第三階段 ?車載收音機(jī) ?發(fā)電機(jī)硅整流器 ?晶體管無觸點(diǎn)點(diǎn)火 ?燃油噴射控制 ?電子時鐘 ?發(fā)動機(jī)電子管理系統(tǒng) ?自動變速系統(tǒng) ?制動防抱死系統(tǒng) ?軟 /硬懸架 ?巡航控制 ?電子儀表 ?小氣候控制 ?動力傳動總成控制系統(tǒng) ?制動、轉(zhuǎn)向、懸架整體控制 ?車身電子控制 ?綜合信息顯示控制 ?在線故障診斷系統(tǒng) ?通訊和導(dǎo)航系統(tǒng) ?多路傳輸和智能電源 1960 1980 1990 2022 汽車電子技術(shù)發(fā)展過程 Lecture01: Automobile Powertrain Electronics SUBTITLES 汽車電子基礎(chǔ) 汽油發(fā)動機(jī)的電 子控制 復(fù) 習(xí) 題 柴油發(fā)動機(jī)的電 子控制 汽車自動變速控 制技術(shù) 汽車電子技術(shù) — 自動控制在汽車領(lǐng)域的應(yīng)用 汽車電子技術(shù)發(fā)展過程 美國每輛汽車電子產(chǎn)品平均價格 1970 1980 1990 2022 價格/美元 200 600 1000 1400 1800 （年） Lecture01: Automobile Powertrain Electronics SUBTITLES 汽車電子基礎(chǔ) 汽油發(fā)動機(jī)的電 子控制 復(fù) 習(xí) 題 柴油發(fā)動機(jī)的電 子控制 汽車自動變速控 制技術(shù) 汽車電子技術(shù) — 自動控制在汽車領(lǐng)域的應(yīng)用 4信息與通信系統(tǒng) ?顯示：中央綜合顯示系統(tǒng)、多畫面電子地圖、前視窗顯示、電子時鐘 ?信息通訊：多路傳輸總線，蜂窩電話 ?導(dǎo)航：慣性導(dǎo)航、 GPS導(dǎo)航 ?故障診斷系統(tǒng) 2底盤控制系統(tǒng) ?懸架控制 ?制動防抱死控制 ? 3車身控制系統(tǒng) ?安全：安全氣囊、安全帶 ?舒適：空調(diào)、音頻系統(tǒng) ?方便：桌椅控制、自動照明 1動力傳動總成控制系統(tǒng) ?汽油機(jī)控制 ?柴油機(jī)控制 ?自動變速控制 ?動力傳動整體控制 Lecture01: Autom