【正文】 直流電機(jī)等效電路如圖33所示。當(dāng)誤差絕對(duì)值e較小時(shí)，為系統(tǒng)有良好穩(wěn)態(tài)性能，應(yīng)取較大KP, KI。此KD 取值對(duì)系統(tǒng)影響較大，所以KD取值要大小適中，以保系統(tǒng)響應(yīng)速度。為了避免系統(tǒng)在初始時(shí)，由于誤差的瞬時(shí)增大可能出現(xiàn)微分飽和使控制作用超出允許范圍，此時(shí)取較小KD 。表31誤差e、誤差變化率ec隸屬函數(shù)賦值表e、ecU6 5 4 3 2 1 0 1 2 3 4 5 6PB 0 0 0 0 0 0 0 0 0 PM 0 0 0 0 0 0 0 0 PS 0 0 0 0 0 0 0 0 0ZO 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0NS 0 0 0 0 0 0 0 0 0NM 0 0 0 0 0 0 0 0EECNB 0 0 0 0 0 0 0 0 0選取△kp, △Ki, △Kd的模糊集合論域?yàn)閇7,+7] ，則△沖、△Ki, △Kd的量化檔數(shù)分別為up=15, ui=15, ud=15。設(shè)計(jì)中選取語(yǔ)言變量E和EC的模糊集合論域?yàn)閇6，+6] ，則E和EC的量化檔數(shù)分 M=13,N=13。λ大，隸屬函數(shù)的寬度寬，則模糊集合的分辨率低，控制靈敏度低，控制特性較緩慢。對(duì)于PID部分來(lái)說(shuō)，可以將節(jié)氣門(mén)開(kāi)度的給定值(油門(mén)踏板角位移 )與實(shí)際轉(zhuǎn)角的測(cè)量值(節(jié)氣門(mén)角位移) 的偏差e, PID控制器的三個(gè)參數(shù)的增量值△kp, △Ki, △Kd作為輸入量，將PWM占空比作為輸出量。根據(jù)修改參數(shù)方式的不同，PID參數(shù)自組織模糊控制器分為兩種。（其傳統(tǒng)PID控制與模糊PID控制仿真框圖和傳統(tǒng)PID與模糊 PID控制階躍響應(yīng)曲線比較圖見(jiàn)附圖36和37）模糊PID控制系統(tǒng)原理如圖32所示。由以上研究可知道，理論上模糊PID比傳統(tǒng)PID 上升時(shí)間、調(diào)節(jié)時(shí)間和超調(diào)量都要小，使用參數(shù)自整定模糊PID控制節(jié)氣門(mén)性能有所改善。由于仿真系統(tǒng)采用的傳遞函數(shù)與實(shí)際控制系統(tǒng)之間存在差異，故不能使用實(shí)際控制系統(tǒng)所調(diào)PID參數(shù)作為仿真系統(tǒng)參數(shù)。首先建立PID控制器仿真模型和模糊PID 控制器仿真模型。Tm為機(jī)電時(shí)間常數(shù)。傳統(tǒng)PID控制和模糊PID控制效果進(jìn)行仿真對(duì)比。由系統(tǒng)小開(kāi)度到大開(kāi)度階躍響應(yīng)試驗(yàn)可以看出，PID 控制所確定的參數(shù)在節(jié)氣門(mén)開(kāi)度大時(shí)控制效果較好，在節(jié)氣門(mén)開(kāi)度小時(shí)控制效果稍差。取T為采樣周期，設(shè)k為采樣序號(hào)，k=0, 1, 2,...j...k，用一階差分代替微分，累加代替積分，將模擬 PID調(diào)節(jié)器的輸出算式離散化為差分方程。首先置Td為0逐步增大Td，同時(shí)也反復(fù)改變Kp和Ti三個(gè)參數(shù)反復(fù)調(diào)整，最后得到一組滿意的參數(shù)。直至系統(tǒng)有良好的動(dòng)態(tài)性能，且靜差得到消除為止。首先取較大的Ti值，略降低Kp() 。將比例系數(shù)Kp 由小變大，并觀察相應(yīng)的系統(tǒng)響應(yīng)，直至系統(tǒng)性能指標(biāo)滿足要求為止。為了減小單片機(jī)運(yùn)算量提高運(yùn)算速度，通常放大2n整數(shù)倍的方法確定這些參數(shù)，在運(yùn)算中再除以2n的整數(shù)倍。系統(tǒng)周期地采集油門(mén)踏板角位移傳感器信號(hào)和節(jié)氣門(mén)角位移信號(hào)，二者之間存在一個(gè)偏差e(t)，系統(tǒng)根據(jù)偏差 e(t)，通過(guò)PID控制算法調(diào)節(jié)占空比驅(qū)動(dòng)直流電機(jī)，從而實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的精確程制。(3)微分調(diào)節(jié):微分調(diào)節(jié)具有預(yù)見(jiàn)性，能預(yù)見(jiàn)其趨勢(shì)，因此能在偏差還沒(méi)有形成之前，將其消除。在PID控制器設(shè)計(jì)中，三個(gè)基本參數(shù)的確定非常關(guān)鍵，這三個(gè)參數(shù)的作用是:中國(guó)地質(zhì)大學(xué)長(zhǎng)城學(xué)院2022屆畢業(yè)論文13(1)比例控制:是按比例反映系統(tǒng)實(shí)際值與目標(biāo)值的偏差，系統(tǒng)一旦出現(xiàn)偏差，比例調(diào)節(jié)立即產(chǎn)生調(diào)節(jié)作用以減少偏差。上式中參數(shù)U。進(jìn)而可以計(jì)算出粘滯摩擦系數(shù)Kd 。的比較難于獲得。Ks, K即彈簧扭矩系統(tǒng)通過(guò)節(jié)氣門(mén)轉(zhuǎn)角與其產(chǎn)生的扭矩即可確定。它與這些部分的密度，幾何形狀及傳動(dòng)比有關(guān)。0wKiRtra???其中： 公式（218）ratui?39。電源電壓 14v電源內(nèi)阻 電機(jī)內(nèi)阻 電機(jī)電感 傳感器電壓 5V傳動(dòng)比 20對(duì)于其他的一些動(dòng)態(tài)參數(shù)，如節(jié)氣門(mén)轉(zhuǎn)角，直流電機(jī)電流可以通過(guò)傳感器測(cè)得，而像粘性摩擦系數(shù)，節(jié)氣門(mén)角速度等則可以通過(guò)PID控制試驗(yàn)，并據(jù)己知的參數(shù)大致計(jì)算出來(lái)。1 sinsin00wKiRLi wKiJwtra fdst?? ????? ?????系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型中的參數(shù)值和變量值的獲得，一些可以測(cè)量，一些則需要試驗(yàn)和辨識(shí)計(jì)算。由于本論文中進(jìn)行的是硬件仿真試驗(yàn)，節(jié)氣門(mén)并沒(méi)有受到發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣氣流的沖擊，所以在設(shè)計(jì)中和試驗(yàn)中都忽略了其影響。Ф( θ)為與節(jié)氣門(mén)角度、節(jié)氣門(mén)形狀、當(dāng)?shù)乩字Z數(shù)等有關(guān)的函數(shù)?？諝庾枇刂饕枪?jié)氣門(mén)轉(zhuǎn)角、內(nèi)外壓強(qiáng)比的函數(shù)。其中驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)速為40005000 轉(zhuǎn)/秒，傳動(dòng)的減速比為20:1。它的的主要優(yōu)點(diǎn)有:體積小，傳動(dòng)效率高，工作可靠，壽命長(zhǎng)，傳動(dòng)比準(zhǔn)確，結(jié)構(gòu)緊湊。中國(guó)地質(zhì)大學(xué)長(zhǎng)城學(xué)院2022屆畢業(yè)論文9圖28靜摩擦和庫(kù)倫摩擦 圖29靜摩擦、庫(kù)倫摩擦和粘滯摩擦盡管本系統(tǒng)中受到的摩擦力也十分復(fù)雜，為混合摩擦，根據(jù)其對(duì)系統(tǒng)的影響，對(duì)Stribeck摩擦及摩擦力的時(shí)間依賴性不用作深入探討，在此加以忽略。圖27節(jié)氣門(mén)彈簧扭矩1866年，Reynolds在靜摩擦、庫(kù)侖摩擦模型的基礎(chǔ)上引入粘滯摩擦的概念，從而形成了廣泛使用的“靜摩擦+Coulomb 摩擦+粘滯摩擦”的模型。在θθ0時(shí)，節(jié)氣門(mén)受到扭矩即為： 公式(27)??0101?KT???同理，當(dāng)轉(zhuǎn)角小于θ時(shí)，節(jié)氣門(mén)軸受到彈簧K2 的作用而使節(jié)氣門(mén)回復(fù)向平衡位置，在回復(fù)到θ=θo時(shí)亦被平衡擋塊擋住，此時(shí)節(jié)氣門(mén)軸受到的扭矩為K=K2 θo。彈簧作用示意見(jiàn)圖24所示，節(jié)氣門(mén)轉(zhuǎn)動(dòng)分別受到兩個(gè)扭矩彈簧單獨(dú)作用。傳感器數(shù)學(xué)模型如下:中國(guó)地質(zhì)大學(xué)長(zhǎng)城學(xué)院2022屆畢業(yè)論文8 公式（25）??tVTPS121 ??????????????? 公式（26）twt212，而節(jié)氣門(mén)位置相應(yīng)在0 90度之間化。電位計(jì)輸出信號(hào)與其相應(yīng)的位置成線性關(guān)系。有資料做了有效流通面積方面研究，涉及抽象復(fù)雜數(shù)學(xué)模型，本文不進(jìn)行深入探討了。圖24節(jié)氣門(mén)體運(yùn)動(dòng)結(jié)構(gòu)示意據(jù)穩(wěn)定流動(dòng)的連續(xù)性方程，得進(jìn)氣流量: 公式（21）??/ACM?假定比熱為定值，流動(dòng)過(guò)程可逆，根據(jù)能量守恒，又因?yàn)闅怏w流動(dòng)視可以為絕熱過(guò)程，由C/2=△h=Cp△T,則有: 公式（22）kxVP10所以可以得出：當(dāng) 時(shí)，為亞臨界流動(dòng)：1012?????????KP中國(guó)地質(zhì)大學(xué)長(zhǎng)城學(xué)院2022屆畢業(yè)論文7公式(23)????12cos1412 10102 ?????????????????????????????????? ??? KPPRTpDKM K???當(dāng) 為超臨界流動(dòng)：01??P 公式(24)????1202cos14??? ??????????????KkRTpD???實(shí)際流量與理論流量的差異，可以由流量系數(shù)來(lái)補(bǔ)償。對(duì)于給定電子節(jié)氣門(mén)體中，節(jié)氣門(mén)在電機(jī)驅(qū)動(dòng)力、彈簧回復(fù)力及摩擦力(粘性摩擦力和庫(kù)侖摩擦力)作用下轉(zhuǎn)動(dòng)( 其中減速齒輪傳動(dòng)系對(duì)系統(tǒng)的影響不大)。圖22給出了第二代ETCS控制示意:加速踏板給出一個(gè)基本的節(jié)氣門(mén)轉(zhuǎn)角信號(hào)，節(jié)氣門(mén)體中反饋回節(jié)氣門(mén)位置信號(hào)及電機(jī)電流信號(hào)，其他傳感器送來(lái)各種工況信號(hào)，它們輸入發(fā)動(dòng)機(jī)電控單元(ECU)，經(jīng)過(guò)調(diào)整、補(bǔ)償后，輸入節(jié)氣門(mén)控制處理器，圖22 電子節(jié)氣門(mén)控制系統(tǒng)系統(tǒng)建模部分主要是針對(duì)電子節(jié)氣門(mén)體建立相應(yīng)數(shù)學(xué)模型中國(guó)地質(zhì)大學(xué)長(zhǎng)城學(xué)院2022屆畢業(yè)論文6圖23節(jié)氣門(mén)體示意電子節(jié)氣門(mén)體的結(jié)構(gòu)示意如圖23。中國(guó)地質(zhì)大學(xué)長(zhǎng)城學(xué)院2022屆畢業(yè)論文52系統(tǒng)建模通常電子節(jié)氣門(mén)系統(tǒng)主要硬件如圖21所示，包括踏板、節(jié)氣門(mén)體和控制器。本文在前人研究的基礎(chǔ)上，根據(jù)PID控制算法，設(shè)立了數(shù)字PID控制器。在所找到的對(duì)節(jié)氣門(mén)的資料中，多是對(duì)電子節(jié)氣門(mén)運(yùn)動(dòng)的控制策略研究上。國(guó)內(nèi)企業(yè)中還沒(méi)有能夠進(jìn)行產(chǎn)品生產(chǎn)的能力，在這方面的研究工作也尚屬起步階段，由于節(jié)氣門(mén)開(kāi)啟角度的大小決定了進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣歧管的進(jìn)氣量，從而決定了發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出功率。節(jié)氣門(mén)控制改成電驅(qū)后，當(dāng)腳掌踩下加速踏板時(shí)，其實(shí)是在傳送一個(gè)信號(hào)，傳送一個(gè)油門(mén)踩踏深淺與快慢的信號(hào)，這個(gè)信號(hào)會(huì)被發(fā)動(dòng)機(jī)管理系統(tǒng)接收和解讀，然后根據(jù)信號(hào)進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整，再發(fā)出控制指令要節(jié)氣門(mén)快速或緩和開(kāi)啟它應(yīng)當(dāng)張開(kāi)的角度。隨電子技術(shù)的快速進(jìn)步，傳統(tǒng)機(jī)械控制、液壓控制技術(shù)相對(duì)來(lái)說(shuō)，都比不上電子控制快速與精準(zhǔn)，在配合上就會(huì)有些滯后，造成反應(yīng)不夠迅速與直接。電子節(jié)氣門(mén)控制系統(tǒng)(Electronic Throttle Control System)正是采用電驅(qū)控制，稱為電驅(qū)油門(mén)(ThrottlebyWire )。沒(méi)有機(jī)械磨耗問(wèn)題。所謂電傳線驅(qū)，是把鋼纜、杠桿等機(jī)構(gòu)機(jī)械動(dòng)作改為通過(guò)電線(Electrical Wire)傳輸?shù)碾娮有盘?hào)驅(qū)動(dòng)電機(jī)動(dòng)作。汽車(chē)工業(yè)作為我國(guó)重點(diǎn)發(fā)展支柱產(chǎn)業(yè)之一，掌握先進(jìn)汽車(chē)電子控制技術(shù)，提高汽車(chē)性能勢(shì)在必行。ETCS為確保車(chē)輛行駛的可靠性，節(jié)氣門(mén)平衡位置處于一個(gè)微小開(kāi)度，當(dāng)ETCS出現(xiàn)異常或不能工作時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)仍可運(yùn)行。ETCS可同時(shí)控制怠速控制系統(tǒng)、巡航控制系統(tǒng)和車(chē)輛穩(wěn)定控制系統(tǒng)，使車(chē)輛結(jié)構(gòu)大大簡(jiǎn)化。而ETCS根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)ECU對(duì)應(yīng)于駕駛狀況來(lái)計(jì)算出最佳的節(jié)氣門(mén)開(kāi)度，并利用氣門(mén)控制電機(jī)來(lái)控制節(jié)氣門(mén)的開(kāi)度。中國(guó)地質(zhì)大學(xué)長(zhǎng)城學(xué)院2022屆畢業(yè)論文3電子節(jié)氣門(mén)控制的優(yōu)點(diǎn)可以概括為：(1)節(jié)氣門(mén)開(kāi)度的精確控制。試驗(yàn)證明，在節(jié)氣門(mén)接近全開(kāi)時(shí)，混合氣流量越大，吸入空氣流脈動(dòng)振動(dòng)振幅及氣流反噴現(xiàn)象也越是增大，因而引起空氣流量減少，使用化油器發(fā)動(dòng)機(jī)混合氣變濃。f通道斷面θ圖13節(jié)氣門(mén)流量特性如果對(duì)節(jié)氣門(mén)開(kāi)啟角采用線性控制，當(dāng)節(jié)氣門(mén)開(kāi)啟角度到一定大進(jìn)氣量時(shí)，再增大節(jié)氣門(mén)開(kāi)啟角度，汽油機(jī)發(fā)出功率將不再明顯增大，只有混合氣被加濃時(shí)，汽油機(jī)功率才增大，如此損失了燃油經(jīng)濟(jì)性?？梢?jiàn)，發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣量，隨著節(jié)氣門(mén)開(kāi)度的變化而得到調(diào)節(jié)，對(duì)汽油機(jī)而言，就調(diào)節(jié)了汽油機(jī)的輸出功率(汽油機(jī)的進(jìn)氣量也與其轉(zhuǎn)速有關(guān)，轉(zhuǎn)速越高進(jìn)氣量越大)。隨著節(jié)氣門(mén)逐漸開(kāi)大，進(jìn)氣通道面積增大，空氣進(jìn)入氣缸的進(jìn)氣量逐漸增大。常見(jiàn)為蝶形閥門(mén)，又稱節(jié)氣門(mén)?？傻米畲蠊β屎蛢艋艢馇夜?jié)約能源、降低排污。EFI系統(tǒng)分別控制汽油量與空氣量，精度很高，能保持所需最佳空燃比。下坡時(shí)可以完全不噴油，發(fā)動(dòng)機(jī)對(duì)空氣壓縮，所以降低燃油消耗量了。EFI系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)空燃比高精度控制。由于汽油是直接噴射到發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣閥處，混合氣經(jīng)過(guò)的路程短，因此反應(yīng)靈敏，減少了滯后現(xiàn)象，從而加速性能得到改善。熱效率和充氣系數(shù)提高，使發(fā)動(dòng)機(jī)輸出功率提高。(2)動(dòng)力性強(qiáng)。電控燃油噴射系統(tǒng)(EFI)以其精確空燃比控制逐漸取代化油器，電控燃油噴射中國(guó)地質(zhì)大學(xué)長(zhǎng)城學(xué)院2022屆畢業(yè)論文2系統(tǒng)相對(duì)于化油器優(yōu)點(diǎn)如下：(1)易于起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)且起動(dòng)時(shí)間短。其系統(tǒng)構(gòu)成如圖11所示怠速電機(jī)空 氣 流 量 計(jì)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器霍爾式凸輪位置傳感器節(jié)氣門(mén)位置傳感器水 溫 傳 感 器怠速節(jié)氣門(mén)電位計(jì)怠 速 開(kāi) 關(guān)進(jìn)氣溫度傳感器氧化器應(yīng)加熱器活性碳繼電磁閥點(diǎn)火線及電子點(diǎn)火器噴 灑 器汽油泵汽油泵繼電器爆 震 傳 感 器氧 傳 感 器ECU傳感器 控制單元 執(zhí)行元件圖1一1發(fā)動(dòng)機(jī)電子控制系統(tǒng)構(gòu)成框圖影響汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)性能兩個(gè)主要因素是:燃燒前點(diǎn)火時(shí)刻和可燃混合氣的空燃比。將電子控制和傳統(tǒng)的機(jī)械技術(shù)相結(jié)合，使得各方面問(wèn)題均能得到很好解決。由于機(jī)械控制系統(tǒng)特性限制，使用傳統(tǒng)辦法已經(jīng)不能使汽車(chē)性能得到明顯的改善和提高。汽車(chē)排放的大量尾氣造成環(huán)境污染問(wèn)題等問(wèn)題。 Control Strategy。 ECU。最后是對(duì)課題內(nèi)容的總結(jié)。PID控制器分為模擬PID控制器和數(shù)字PID控制器，由于系統(tǒng)采用單片機(jī)進(jìn)行控制，本文在進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)采用數(shù)字PID控制算法。并由此建立系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型,最后進(jìn)行了系統(tǒng)辨識(shí)，得出了系統(tǒng)部分參數(shù)。全文共分五部分:首先要回顧了汽車(chē)電子控制技術(shù)的發(fā)展歷程，然后從發(fā)動(dòng)機(jī)電噴系統(tǒng)中引出了電子節(jié)氣門(mén)的由來(lái)、發(fā)展及目前的產(chǎn)品，最后敘及了本課題的提出及主要內(nèi)容。電子節(jié)氣門(mén)控制是汽車(chē)動(dòng)力控制系統(tǒng)中的一部分，它對(duì)于汽車(chē)的功率和駕駛控制有著非常重要的作用。：[1] Mike Dale , 韓建保 , 楊訓(xùn)敏. 電子節(jié)氣門(mén)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及其優(yōu)勢(shì)[J]. 汽車(chē)維修與保養(yǎng), 2022,(04) [2] 杜開(kāi)明 , 秦大同, 劉振軍, 姜鳳翔, 丁銳. 電子節(jié)氣門(mén)仿真控制[J]. 重慶大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版) , 2022,(04) [3] 陳華, 王耀南, 孫煒, 楊輝前. 基于模糊高斯基函數(shù)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的電子節(jié)氣門(mén)控制 [J]. 計(jì)算技術(shù)與自動(dòng)化, 2022,(02) [4] 王仁義. 奔馳S500 冷車(chē)自動(dòng)加速 [J]. 汽車(chē)維修技師, 2022,(04) [5] 張漢斌 , 張榮兵. 奔馳S600電子節(jié)氣門(mén)控制系統(tǒng)故障排除[J]. 汽車(chē)與配件, 1999,(45) [6] 陳華, 王耀南, 夏陽(yáng), 楊輝前. 基于自整定模糊PID的電子節(jié)氣門(mén)控制[J]. 儀器儀表用戶, 2022,(01) [7] 李雪飛, 凌永成. 基于 80C196KB單片機(jī)汽車(chē)智能電子節(jié)氣門(mén)控制系統(tǒng)的