柴油機(jī)調(diào)速控制原理

（優(yōu)選）柴油機(jī)調(diào)速控制原理當(dāng)前1頁(yè)，總共108頁(yè)。本課程的結(jié)構(gòu)當(dāng)前2頁(yè)，總共108頁(yè)。柴油機(jī)電控電控使結(jié)構(gòu)變得復(fù)雜，成本遠(yuǎn)高于機(jī)械控制系統(tǒng)。該技術(shù)的生命力取決于其帶來(lái)的性能改善程度。柴油機(jī)的問(wèn)題有：冷起動(dòng)性能、NOx排放，PM排放、控制游車、怠速控制、全工況優(yōu)化、渦輪增壓控制等等。當(dāng)前3頁(yè)，總共108頁(yè)。電控的處理方式針對(duì)各種工況處理相應(yīng)的參數(shù)或附屬裝置：冷起動(dòng)性能：增大噴油提前角、電熱塞等等NOx排放：EGR、減小噴油提前角等PM排放：增大噴油壓力（低速時(shí)）控制游車：采用穩(wěn)定性較高的控制算法怠速控制：根據(jù)水溫等條件搜尋經(jīng)濟(jì)點(diǎn)全工況優(yōu)化：標(biāo)定渦輪增壓控制：根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)工況改變噴嘴環(huán)參數(shù)當(dāng)前4頁(yè)，總共108頁(yè)。噴油控制柴油機(jī)電控當(dāng)中最核心的內(nèi)容是噴油控制，它又可分為兩個(gè)控制內(nèi)容：噴油量控制和噴油時(shí)刻控制。前者是對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和負(fù)荷的響應(yīng)，后者是為了滿足經(jīng)濟(jì)性和排放法規(guī)進(jìn)行的控制。當(dāng)前5頁(yè)，總共108頁(yè)。電控噴油量控制邏輯結(jié)構(gòu)當(dāng)前6頁(yè)，總共108頁(yè)。噴油量控制的特點(diǎn)基本噴油量燃油限制油量調(diào)整綜合處理當(dāng)前7頁(yè)，總共108頁(yè)?；緡娪土扛鶕?jù)工況查表確定全制式調(diào)速模式確定帶故障運(yùn)行模式怠速運(yùn)行模式其他模式由工況判斷模塊對(duì)當(dāng)前工況進(jìn)行判定，然后選擇相應(yīng)的基本噴油量模式當(dāng)前8頁(yè)，總共108頁(yè)。根據(jù)工況點(diǎn)查表模式實(shí)質(zhì)上是由油門直接控制噴油量。即調(diào)負(fù)荷的方法。以車用機(jī)為例，在噴油量直接受控于油門時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的大小是由操作員掌握的。由人的經(jīng)驗(yàn)來(lái)決定油門的大小。當(dāng)前9頁(yè)，總共108頁(yè)。工況查表模式燃油量是油門和發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的函數(shù)函數(shù)形式以遍歷性表格形式給出非標(biāo)定工況點(diǎn)按照鄰近標(biāo)定工況的數(shù)據(jù)插值給出表格數(shù)據(jù)采取試驗(yàn)方法標(biāo)定得到表格中的數(shù)據(jù)可在一定條件下進(jìn)行修改當(dāng)前10頁(yè)，總共108頁(yè)。全制式調(diào)速模式油門直接控制轉(zhuǎn)速。就是說(shuō)，油門信號(hào)代表了目標(biāo)轉(zhuǎn)速信號(hào)，供油量的多少由調(diào)速控制算法決定，這種模式的好處在于速度穩(wěn)定，易操作，但是操作員對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的負(fù)荷缺少直觀把握。當(dāng)前11頁(yè)，總共108頁(yè)。全制式調(diào)速模式工作區(qū)域相對(duì)于查表法具有可調(diào)整性油門踏板位置對(duì)應(yīng)于目標(biāo)轉(zhuǎn)速控制信號(hào)具備累進(jìn)式速度控制和通訊調(diào)節(jié)速度控制功能當(dāng)前12頁(yè)，總共108頁(yè)。全制式調(diào)速特點(diǎn)由雙PID或多PID控制器組成調(diào)速控制器對(duì)輸入項(xiàng)采取濾波和微分處理采取同步控制對(duì)于輸出量有超前滯后補(bǔ)償具有多組增益設(shè)定值調(diào)速控制邏輯可重新設(shè)定具備穩(wěn)態(tài)誤差控制和加速誤差控制功能當(dāng)前13頁(yè)，總共108頁(yè)。帶故障運(yùn)行模式主要用于部分非重要的傳感器或其他機(jī)構(gòu)失效的情況下，屬于根據(jù)工況點(diǎn)查表模式一類，但是沒有優(yōu)化的修正值。當(dāng)前14頁(yè)，總共108頁(yè)。怠速模式一種點(diǎn)工況，但是要根據(jù)具體的環(huán)境參數(shù)進(jìn)行修正。當(dāng)前15頁(yè)，總共108頁(yè)。噴油的兩種主要模式油門踏板信號(hào)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力參數(shù)提出要求。在一般機(jī)械式控制的發(fā)動(dòng)機(jī)的工作中，油門踏板都是給出目標(biāo)供油量，在電控柴油機(jī)的控制中，可以沿用這種控制方案，在此稱為方案A。也可以設(shè)計(jì)另一種方案：油門踏板給出目標(biāo)轉(zhuǎn)速，在此稱為方案B。一般來(lái)說(shuō)，兩種方案的區(qū)別僅限于噴油控制方面。當(dāng)前16頁(yè)，總共108頁(yè)。舉例說(shuō)明A當(dāng)前17頁(yè)，總共108頁(yè)。方案A方案A接受轉(zhuǎn)速信號(hào)和目標(biāo)供油量信號(hào)（油門踏板信號(hào)），當(dāng)目標(biāo)供油量信號(hào)發(fā)生變化時(shí)，輸出工況判別結(jié)果dyn1，請(qǐng)求系統(tǒng)處于目標(biāo)過(guò)渡模式，并清除當(dāng)前的目標(biāo)轉(zhuǎn)速。當(dāng)目標(biāo)供油量信號(hào)不發(fā)生變化時(shí)，判斷轉(zhuǎn)速是否穩(wěn)定，如果轉(zhuǎn)速穩(wěn)定，則輸出工況判別結(jié)果stable，將當(dāng)前穩(wěn)定轉(zhuǎn)速設(shè)定為目標(biāo)轉(zhuǎn)速并輸出，請(qǐng)求系統(tǒng)進(jìn)入穩(wěn)態(tài)工況。如果轉(zhuǎn)速不穩(wěn)定，則輸出工況判別結(jié)果dyn2，請(qǐng)求系統(tǒng)處于動(dòng)態(tài)調(diào)速模式。當(dāng)前18頁(yè)，總共108頁(yè)。舉例說(shuō)明B當(dāng)前19頁(yè)，總共108頁(yè)。方案B方案B接受轉(zhuǎn)速信號(hào)和目標(biāo)轉(zhuǎn)速信號(hào)（油門踏板信號(hào)），通過(guò)比較實(shí)際轉(zhuǎn)速與目標(biāo)轉(zhuǎn)速，判斷系統(tǒng)處于穩(wěn)態(tài)或動(dòng)態(tài)，并將判別信號(hào)輸出到工作模式編碼模塊進(jìn)行處理。當(dāng)前20頁(yè)，總共108頁(yè)。兩者的區(qū)別方案A與方案B在工作模式上的區(qū)別在于：A將動(dòng)態(tài)模式細(xì)分為目標(biāo)過(guò)渡模式和動(dòng)態(tài)調(diào)速模式兩個(gè)子模式，B則未加以細(xì)化。當(dāng)前21頁(yè)，總共108頁(yè)。工況判斷從系統(tǒng)設(shè)計(jì)的柴油機(jī)工作模式來(lái)看，需要作出兩個(gè)基本判斷：發(fā)動(dòng)機(jī)是否處于啟動(dòng)工況；發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速是否穩(wěn)定。啟動(dòng)工況的判定根據(jù)輸入的啟動(dòng)開關(guān)信號(hào)和實(shí)際轉(zhuǎn)速信號(hào)來(lái)判斷柴油機(jī)應(yīng)處于啟動(dòng)工況還是常規(guī)工況：擰下點(diǎn)火鑰匙（啟動(dòng)開關(guān)）發(fā)出啟動(dòng)信號(hào)，轉(zhuǎn)速到一定值后啟動(dòng)信號(hào)關(guān)閉。當(dāng)前22頁(yè)，總共108頁(yè)。穩(wěn)態(tài)工況判斷穩(wěn)態(tài)工況判別模塊接受轉(zhuǎn)速信號(hào)n和目標(biāo)轉(zhuǎn)速信號(hào)no（油門踏板信號(hào)），通過(guò)比較實(shí)際轉(zhuǎn)速與目標(biāo)轉(zhuǎn)速，判斷系統(tǒng)處于穩(wěn)態(tài)或動(dòng)態(tài)。在目標(biāo)轉(zhuǎn)速已知的情況下，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速穩(wěn)定與否的判別需要定量化的判據(jù)。當(dāng)前23頁(yè)，總共108頁(yè)。1、進(jìn)入動(dòng)態(tài)的判據(jù)穩(wěn)態(tài)下轉(zhuǎn)速是一個(gè)穩(wěn)定在目標(biāo)轉(zhuǎn)速附近的值，它可能有波動(dòng)，其波動(dòng)范圍取決于動(dòng)態(tài)控制模塊的穩(wěn)態(tài)誤差指標(biāo)。所以一旦目標(biāo)轉(zhuǎn)速與實(shí)際轉(zhuǎn)速之差超出了臨界值ns（由實(shí)機(jī)試驗(yàn)確定），即進(jìn)入動(dòng)態(tài)工況。當(dāng)前24頁(yè)，總共108頁(yè)。2、進(jìn)入穩(wěn)態(tài)的判據(jù)模擬的調(diào)速過(guò)程如圖當(dāng)前25頁(yè)，總共108頁(yè)。將轉(zhuǎn)速誤差對(duì)時(shí)間的積累效應(yīng)作為判別標(biāo)準(zhǔn)：當(dāng)前26頁(yè)，總共108頁(yè)。修改判據(jù)：時(shí)，進(jìn)入穩(wěn)態(tài)當(dāng)前27頁(yè)，總共108頁(yè)。油量調(diào)整基本上起著系統(tǒng)調(diào)速的功能：LSGHSGRSG當(dāng)前28頁(yè)，總共108頁(yè)。調(diào)速控制全制式調(diào)速或兩極式調(diào)速都基本上采用了PID控制方式。調(diào)速特點(diǎn)都是外部負(fù)荷發(fā)生突變，或者目標(biāo)轉(zhuǎn)速發(fā)生變化兩種情況。當(dāng)前29頁(yè)，總共108頁(yè)。電控系統(tǒng)所需要的轉(zhuǎn)速一般而言的轉(zhuǎn)速測(cè)量是對(duì)柴油機(jī)在一段時(shí)間內(nèi)轉(zhuǎn)過(guò)的角度進(jìn)行平均。但是柴油機(jī)在調(diào)速過(guò)程中的時(shí)間一般為2~7秒，因此，長(zhǎng)時(shí)間段內(nèi)的平均轉(zhuǎn)速定義不能用于柴油機(jī)控制。此外，每一循環(huán)內(nèi)柴油機(jī)的轉(zhuǎn)速也有變化，循環(huán)內(nèi)的轉(zhuǎn)速變化對(duì)柴油機(jī)調(diào)速的控制也不適用。一般而言，應(yīng)采取短時(shí)間內(nèi)的平均轉(zhuǎn)速作為定義，時(shí)間段短較精確，相對(duì)于調(diào)速過(guò)程的時(shí)間長(zhǎng)度，根據(jù)Nyquist采樣定理可以考慮取0.2秒或0.1秒內(nèi)的平均轉(zhuǎn)速（轉(zhuǎn)速的測(cè)頻法定義方式），或者采用柴油機(jī)曲軸旋轉(zhuǎn)一圈或兩圈的時(shí)間倒數(shù)（轉(zhuǎn)速的測(cè)周法定義方式）作為控制用轉(zhuǎn)速定義。當(dāng)前30頁(yè)，總共108頁(yè)。轉(zhuǎn)速的測(cè)定柴油機(jī)的轉(zhuǎn)速測(cè)定是控制的基礎(chǔ)。測(cè)量方法有很重要的影響：測(cè)周法測(cè)頻法當(dāng)前31頁(yè)，總共108頁(yè)。轉(zhuǎn)速測(cè)量示意圖當(dāng)前32頁(yè)，總共108頁(yè)。測(cè)頻法誤差分析定義圖中的角度α為初始空程轉(zhuǎn)角，設(shè)定柴油機(jī)的飛輪為125齒，所以初始空程角的范圍是(0，0.05rad)。在采樣時(shí)間為T，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速為ω時(shí)，轉(zhuǎn)過(guò)初始空程角所需的時(shí)間，轉(zhuǎn)過(guò)每個(gè)齒的時(shí)間，采樣時(shí)間內(nèi)傳感器測(cè)得的齒數(shù)為，在此，floor[]為取整算法符號(hào)。當(dāng)前33頁(yè)，總共108頁(yè)。測(cè)頻法誤差初始空程角為0，采樣長(zhǎng)度為0.2毫秒時(shí)，測(cè)量值和實(shí)際轉(zhuǎn)速之間的誤差與發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速之間的關(guān)系當(dāng)前34頁(yè)，總共108頁(yè)。轉(zhuǎn)速為1300r/min，采樣長(zhǎng)度為0.2毫秒時(shí)，測(cè)量誤差與初始空程角之間的關(guān)系當(dāng)前35頁(yè)，總共108頁(yè)。轉(zhuǎn)速為1300r/min，初始空程角為0.03rad時(shí)，測(cè)量誤差與采樣長(zhǎng)度之間的關(guān)系當(dāng)前36頁(yè)，總共108頁(yè)。測(cè)頻法誤差特點(diǎn)可以看到，測(cè)頻法的誤差與采樣長(zhǎng)度有著密切的關(guān)系。同時(shí)，測(cè)頻法用于柴油機(jī)轉(zhuǎn)速測(cè)量有兩個(gè)缺點(diǎn)：在采樣周期內(nèi)，出現(xiàn)的脈沖有可能有一個(gè)計(jì)時(shí)脈沖的差異，低速時(shí)一個(gè)計(jì)時(shí)脈沖導(dǎo)致的誤差明顯增大；瞬時(shí)轉(zhuǎn)速對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速測(cè)量造成影響無(wú)法消除。當(dāng)前37頁(yè)，總共108頁(yè)。測(cè)周法柴油機(jī)轉(zhuǎn)速的測(cè)周法是測(cè)量柴油機(jī)曲軸轉(zhuǎn)動(dòng)一周或兩周的時(shí)間，其時(shí)間測(cè)量精度取決于測(cè)量脈沖的基頻。例如，測(cè)周法采用的基頻為50kHz，測(cè)量一周時(shí)，其測(cè)量值和實(shí)際值之間可能存在一個(gè)計(jì)數(shù)脈沖的差異引起的誤差當(dāng)前38頁(yè)，總共108頁(yè)。測(cè)周法誤差當(dāng)前39頁(yè)，總共108頁(yè)。測(cè)周法誤差分析柴油機(jī)一個(gè)工作循環(huán)的瞬時(shí)轉(zhuǎn)速波動(dòng)受缸數(shù)的影響，由于柴油機(jī)的發(fā)火間隔是均勻的，所以發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸旋轉(zhuǎn)一整圈的時(shí)間是瞬時(shí)轉(zhuǎn)速的波動(dòng)周期的整數(shù)倍，因此，瞬時(shí)轉(zhuǎn)速造成的誤差被前后抵銷了，所以，測(cè)周法不存在初始空程角的影響，瞬時(shí)轉(zhuǎn)速的影響也可忽略。當(dāng)前40頁(yè)，總共108頁(yè)。發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速測(cè)量方法目前，采用測(cè)周法的發(fā)動(dòng)機(jī)電控系統(tǒng)較多。但是一般不采用一轉(zhuǎn)測(cè)一次周期，而是在轉(zhuǎn)速測(cè)量的裝置上設(shè)計(jì)一個(gè)定角度的裝置，測(cè)定轉(zhuǎn)過(guò)該曲軸轉(zhuǎn)角的時(shí)間，以此計(jì)算。當(dāng)前41頁(yè)，總共108頁(yè)。PID控制原理PID控制是比例、積分、微分控制方法的簡(jiǎn)稱。PID控制的實(shí)質(zhì)是一個(gè)三維空間的搜索問(wèn)題?？刹扇〉姆椒ㄓ性囂剿阉鞣ń?jīng)驗(yàn)公式法目前結(jié)合其它控制方法，又提出了模糊PID、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)PID、自適應(yīng)PID等多種先進(jìn)PID方法。當(dāng)前42頁(yè)，總共108頁(yè)。內(nèi)燃機(jī)速度特性曲線當(dāng)前43頁(yè)，總共108頁(yè)。柴油機(jī)與汽油機(jī)扭矩的速度特性當(dāng)前44頁(yè)，總共108頁(yè)。內(nèi)燃機(jī)與工作機(jī)械匹配負(fù)載特性當(dāng)前45頁(yè)，總共108頁(yè)。負(fù)荷與柴油機(jī)的配合特性當(dāng)前46頁(yè)，總共108頁(yè)。當(dāng)前47頁(yè)，總共108頁(yè)。調(diào)距槳、汽車換檔的工作原理當(dāng)前48頁(yè)，總共108頁(yè)。調(diào)速器工作原理當(dāng)前49頁(yè)，總共108頁(yè)。調(diào)速過(guò)程當(dāng)前50頁(yè)，總共108頁(yè)。柴油機(jī)動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)1.穩(wěn)定調(diào)速率2.瞬時(shí)調(diào)速率3.不靈敏度4.轉(zhuǎn)速波動(dòng)率當(dāng)前51頁(yè)，總共108頁(yè)。機(jī)械式調(diào)速器結(jié)構(gòu)當(dāng)前52頁(yè)，總共108頁(yè)。機(jī)械式調(diào)速器靜力分析當(dāng)前53頁(yè)，總共108頁(yè)。當(dāng)前54頁(yè)，總共108頁(yè)。作為自控系統(tǒng)的柴油機(jī)柴油機(jī)動(dòng)態(tài)方程調(diào)速器動(dòng)態(tài)方程柴油機(jī)系統(tǒng)穩(wěn)定性柴油機(jī)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性柴油機(jī)系統(tǒng)的分析假設(shè)前提當(dāng)前55頁(yè)，總共108頁(yè)。柴油機(jī)的動(dòng)態(tài)方程根據(jù)達(dá)蘭貝爾原理：當(dāng)前56頁(yè)，總共108頁(yè)。柴油機(jī)扭矩的速度特性扭矩與速度的關(guān)系比較復(fù)雜，為簡(jiǎn)單起見，近似為線性當(dāng)前57頁(yè)，總共108頁(yè)。柴油機(jī)動(dòng)態(tài)方程動(dòng)態(tài)方程為：傳遞函數(shù)為：當(dāng)前58頁(yè)，總共108頁(yè)。柴油機(jī)動(dòng)態(tài)特性當(dāng)前59頁(yè)，總共108頁(yè)。引入控制器后的柴油機(jī)特性當(dāng)前60頁(yè)，總共108頁(yè)。負(fù)載的動(dòng)力特性船用負(fù)載車用機(jī)負(fù)載發(fā)電機(jī)負(fù)載當(dāng)前61頁(yè)，總共108頁(yè)。帶負(fù)載的柴油機(jī)動(dòng)態(tài)特性柴油機(jī)自身是一個(gè)穩(wěn)定性較弱或不穩(wěn)的的系統(tǒng)，但是帶負(fù)載的柴油機(jī)系統(tǒng)由于引入了負(fù)載的動(dòng)力特性，使得整體的動(dòng)態(tài)穩(wěn)定特性有較大改善。當(dāng)前62頁(yè)，總共108頁(yè)。調(diào)速器設(shè)計(jì)以柴油機(jī)的傳遞函數(shù)為目標(biāo)采用經(jīng)典控制方法設(shè)計(jì)控制器方程設(shè)計(jì)機(jī)械式結(jié)構(gòu)滿足控制器方程要求當(dāng)前63頁(yè)，總共108頁(yè)。機(jī)械式調(diào)速系統(tǒng)機(jī)械式調(diào)速器方程：油泵特性：當(dāng)前64頁(yè)，總共108頁(yè)。機(jī)械調(diào)速柴油機(jī)調(diào)速過(guò)程當(dāng)前65頁(yè)，總共108頁(yè)。調(diào)速設(shè)計(jì)的假設(shè)及誤差柴油機(jī)動(dòng)力特性的線性假設(shè)調(diào)速器特性的線性假設(shè)油泵特性的線性假設(shè)當(dāng)前66頁(yè)，總共108頁(yè)。柴油機(jī)線性假設(shè)的誤差當(dāng)前67頁(yè)，總共108頁(yè)。柴油機(jī)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性從試驗(yàn)結(jié)果可以看到，柴油機(jī)的機(jī)械式調(diào)速存在著超調(diào)量較大、靜態(tài)誤差明顯的特點(diǎn)。并且，這種特點(diǎn)在不同調(diào)速工況的表現(xiàn)程度也不同。

當(dāng)前68頁(yè)，總共108頁(yè)。動(dòng)態(tài)特征分析柴油機(jī)的動(dòng)力特性是非線性的，在設(shè)計(jì)、分析簡(jiǎn)化時(shí)采用了簡(jiǎn)單線性化的方法，造成了一定誤差，并且這種誤差在柴油機(jī)傳遞函數(shù)上影響較大。飛錘式機(jī)械調(diào)速器的穩(wěn)定性系數(shù)Fp是一個(gè)變量，隨著轉(zhuǎn)速和負(fù)荷會(huì)發(fā)生一定變化，因此，嚴(yán)格意義上機(jī)械式調(diào)速器也是一個(gè)非線性系統(tǒng)。機(jī)械式調(diào)速器是一個(gè)不包含0極點(diǎn)的二階系統(tǒng)，所以整個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)是一個(gè)0型控制系統(tǒng)（即使設(shè)計(jì)為1型控制系統(tǒng)，在偏離設(shè)計(jì)點(diǎn)時(shí)，由于非線性因素影響，仍會(huì)變成0型系統(tǒng)），在調(diào)速過(guò)程中不可避免地存在著穩(wěn)態(tài)誤差當(dāng)前69頁(yè)，總共108頁(yè)。改善調(diào)速特性的方法在高速區(qū)采用一種調(diào)速方程，在低速區(qū)采用另一種調(diào)速方程，采用非線性方法研究調(diào)速方程。當(dāng)前70頁(yè)，總共108頁(yè)。柴油機(jī)動(dòng)態(tài)特性方程柴油機(jī)轉(zhuǎn)速的變化直接取決于其動(dòng)力扭矩M和負(fù)載扭矩Ml的差值，根據(jù)達(dá)蘭貝爾原理，其基本運(yùn)動(dòng)方程為：輸出扭矩M是柴油機(jī)動(dòng)態(tài)過(guò)程中的扭矩，考慮到動(dòng)態(tài)過(guò)程可理解為一個(gè)準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程，以柴油機(jī)穩(wěn)態(tài)下的扭矩特性代替動(dòng)態(tài)過(guò)程的扭矩特性，柴油機(jī)的輸出扭矩M的特性在穩(wěn)態(tài)下可由實(shí)驗(yàn)獲得。當(dāng)前71頁(yè)，總共108頁(yè)。柴油機(jī)輸出扭矩的特性在討論柴油機(jī)動(dòng)態(tài)特性的文獻(xiàn)中，一般是將柴油機(jī)某一平衡工況附近的扭矩與轉(zhuǎn)速、噴油量的關(guān)系近似為線性處理，這種方法在某一點(diǎn)附近近似程度較好。但是在較大范圍內(nèi)將柴油機(jī)動(dòng)力特性進(jìn)行線性近似，誤差較大。當(dāng)前72頁(yè)，總共108頁(yè)。負(fù)荷特性下的平均有效壓力特點(diǎn)在柴油機(jī)轉(zhuǎn)速不變的情況下，可以將平均有效壓力與循環(huán)噴油量之間的關(guān)系認(rèn)為是線性的。當(dāng)前73頁(yè)，總共108頁(yè)。動(dòng)力特性的多項(xiàng)式表達(dá)將擬合直線的斜率和截距均與轉(zhuǎn)速關(guān)聯(lián)，發(fā)現(xiàn)這兩者可以轉(zhuǎn)速的二次多項(xiàng)式形式表述，也就是說(shuō)，采取多項(xiàng)式擬合的方法，其動(dòng)力特性可以表述成如下所述的多項(xiàng)式形式：當(dāng)前74頁(yè)，總共108頁(yè)。采取多項(xiàng)式擬合后的動(dòng)力特性誤差當(dāng)前75頁(yè)，總共108頁(yè)。柴油機(jī)動(dòng)力特性非線性方程柴油機(jī)動(dòng)力特性的非線性擬合在精度上能夠反映出柴油機(jī)的動(dòng)力性能特點(diǎn)，同時(shí)也便于進(jìn)行控制器設(shè)計(jì)上述表達(dá)中，實(shí)際上是認(rèn)為扭矩與轉(zhuǎn)速、噴油量的關(guān)系是非線性的，

當(dāng)前76頁(yè)，總共108頁(yè)。柴油機(jī)動(dòng)力特性的非線性特征柴油機(jī)動(dòng)力特性方程是一個(gè)典型的多項(xiàng)式類非線性微分方程，可以采用非線性頻域分析的方法對(duì)其非線性特征進(jìn)行討論，以確定本研究對(duì)象的非線性程度，以及適于采用何種方法進(jìn)行線性化處理當(dāng)前77頁(yè)，總共108頁(yè)。非線性系統(tǒng)的增益特性非線性系統(tǒng)的特點(diǎn)是不能滿足疊加原理，這就造成了與線性系統(tǒng)的諸多區(qū)別，在系統(tǒng)增益方面：線性系統(tǒng)的增益只與輸入信號(hào)的頻率相關(guān)，與各頻率下的信號(hào)幅值無(wú)關(guān)；線性系統(tǒng)在某個(gè)特定頻率上的響應(yīng)，不受施加于系統(tǒng)的其他頻率信號(hào)的影響。非線性系統(tǒng)的增益既與輸入信號(hào)的頻率相關(guān)，又與信號(hào)幅值相關(guān)（變?cè)鲆嫣匦裕?；非線性系統(tǒng)對(duì)某個(gè)頻率的正弦響應(yīng)，可能隨著對(duì)系統(tǒng)施加另一頻率的信號(hào)而被改正，從而表現(xiàn)為系統(tǒng)增益的變化（增益互抑特性）。因此，研究柴油機(jī)模型的增益特性可以考察系統(tǒng)的非線性特征。當(dāng)前78頁(yè)，總共108頁(yè)。柴油機(jī)系統(tǒng)的變?cè)鲆嫣匦援?dāng)前79頁(yè)，總共108頁(yè)。柴油機(jī)系統(tǒng)的增益互抑特性隨機(jī)的考慮ω1=2Hz、ω2=4Hz、ω3=6Hz三種頻率的響應(yīng)互抑特性。三個(gè)分量中的任意兩項(xiàng)之間的互抑特性：ω1與ω2：G1,2(t,ω1)=1.0803|h1(ω1)|ω1與ω3：G1,

3(t,ω3)=3.052|h1(ω3)|ω2與ω3：G2,3(t,ω2)=1.0001|h1(ω2)|可以看到，在三個(gè)分量之間均存在著互抑特性，其中以2Hz頻率分量對(duì)其它分量的抑制（激勵(lì)）作用最強(qiáng)。當(dāng)前80頁(yè)，總共108頁(yè)。柴油機(jī)系統(tǒng)的非線性特性柴油機(jī)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性在較大幅度的信號(hào)輸入情況下變?cè)鲆嫣匦院皖l率互抑特性等非線性特征均比較明顯，因此不適于采用簡(jiǎn)單的近似線性化處理，需采用適當(dāng)方法進(jìn)行線性補(bǔ)償。當(dāng)前81頁(yè)，總共108頁(yè)。非線性控制器設(shè)計(jì)柴油機(jī)的動(dòng)態(tài)特性分析表明：柴油機(jī)是一個(gè)非線性系統(tǒng)。其調(diào)速控制器設(shè)計(jì)若采用線性化設(shè)計(jì)，則會(huì)存在以下幾個(gè)問(wèn)題：控制器設(shè)計(jì)時(shí)，參數(shù)的選擇在很大程度上要采用試湊法，這要求有實(shí)際的電控柴油機(jī)作為被控對(duì)象，在實(shí)機(jī)條件下進(jìn)行控制器參數(shù)調(diào)整。穩(wěn)態(tài)誤差、動(dòng)態(tài)特性參數(shù)會(huì)隨著調(diào)速的幅度、工況點(diǎn)的變化以及調(diào)速路徑的變化而發(fā)生改變。設(shè)計(jì)出的控制系統(tǒng)性能無(wú)法確切分析。設(shè)計(jì)的控制器需要進(jìn)行確切的數(shù)學(xué)分析，因此，采用非線性設(shè)計(jì)方案。當(dāng)前82頁(yè)，總共108頁(yè)。非線性控制器設(shè)計(jì)思路采用微分幾何反饋線性化方法設(shè)計(jì)系統(tǒng)的線性化補(bǔ)償器。對(duì)線性化補(bǔ)償后的系統(tǒng)進(jìn)行局部特性的調(diào)整，分析系統(tǒng)的控制性能。對(duì)控制系統(tǒng)進(jìn)行離散化，并分析離散化后的系統(tǒng)性能。當(dāng)前83頁(yè)，總共108頁(yè)。反饋線性化采用反饋線性化方法得到的線性補(bǔ)償器在柴油機(jī)的實(shí)際工作中，存在著燃燒循環(huán)變動(dòng)等偶然因素，將這些和建模誤差等因素都?xì)w結(jié)為干擾量，設(shè)計(jì)出魯棒性較好的控制器當(dāng)前84頁(yè)，總共108頁(yè)。柴油機(jī)動(dòng)態(tài)控制結(jié)構(gòu)當(dāng)前85頁(yè)，總共108頁(yè)。系統(tǒng)的穩(wěn)定裕度幅值裕度為無(wú)窮大相位裕度為90度當(dāng)前86頁(yè)，總共108頁(yè)。系統(tǒng)的離散化在系統(tǒng)離散化過(guò)程中，采樣頻率起著十分重要的作用。系統(tǒng)不能保證它的采樣離散系統(tǒng)一定是穩(wěn)定的，采樣頻率過(guò)低會(huì)使一個(gè)穩(wěn)定的連續(xù)系統(tǒng)不穩(wěn)定。因此，采樣要遵循采樣理論并保持原系統(tǒng)的基本特征。當(dāng)前87頁(yè)，總共108頁(yè)。采樣頻率在柴油機(jī)的動(dòng)態(tài)過(guò)程控制中，主要反饋信號(hào)是轉(zhuǎn)速信號(hào)。在確定轉(zhuǎn)速采樣頻率時(shí)應(yīng)考慮以下因素：轉(zhuǎn)速采樣頻率限制計(jì)算機(jī)的計(jì)算量和控制工作量控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性當(dāng)前88頁(yè)，總共108頁(yè)。離散系統(tǒng)的性能離散系統(tǒng)的差分方程及其動(dòng)態(tài)性能與轉(zhuǎn)速采樣頻率有著密切聯(lián)系，合理選擇轉(zhuǎn)速采樣頻率對(duì)系統(tǒng)性能有著重要影響取采樣頻率為5Hz當(dāng)前89頁(yè)，總共108頁(yè)。離散系統(tǒng)的穩(wěn)定裕量幅值裕量：2.34dB相位裕量：64o當(dāng)前90頁(yè)，總共108頁(yè)。調(diào)速性能仿真柴油機(jī)系統(tǒng)的調(diào)速功能是衡量柴油機(jī)動(dòng)態(tài)性能的標(biāo)志之一，針對(duì)柴油機(jī)非線性特點(diǎn)設(shè)計(jì)的非線性控制器的性能能否滿足要求，應(yīng)該進(jìn)行仿真計(jì)算當(dāng)前91頁(yè)，總共108頁(yè)。仿真模塊中的柴油機(jī)模型為了模擬柴油機(jī)燃燒的循環(huán)變動(dòng)，柴油機(jī)扭矩模型中加入了一個(gè)0.85~1之間變動(dòng)的隨機(jī)因子作為柴油機(jī)的扭矩波動(dòng)因子，將模型計(jì)算的扭矩乘以隨機(jī)因子作為輸出扭矩。當(dāng)前92頁(yè)，總共108頁(yè)。仿真結(jié)果當(dāng)前93頁(yè)，總共108頁(yè)。當(dāng)前94頁(yè)，總共108頁(yè)。動(dòng)態(tài)模