CG125摩托车发动机怠速控制的研究
摘要
本文研究了发动机怠速控制的一种方法。众所周知，发动机怠速时不适当控制会增加燃油消耗、排放恶化、以及运行不稳定。
在本文中，控制方法上主要通过控制旁通空气量来改变怠速时的空燃比，旁通阀的开度是由步进电机来控制的。在控制策略上运用了模糊控制策略进行怠速控制，这种方法的优点是不需要为控制目标建立精确的数学模型。由于发动机的怠速运转是非常复杂的一个过程，所以要在发动机怠速的数学模型的基础上来设计控制器是很困难的。在本文设计的控制系统中，将89C51单片机作为控制器，分别进行了开环的控制和以转速为反馈量的闭环控制。控制系统的硬件、软件和执行机构步进电机的控制方法都在本文中进行了介绍。
为了验证控制系统的有效性，将原发动机与加上了控制系统后的运行情况进行了对比实验。实验结果表明，经过控制后，发动机的怠速运行状况，包括排放性和运转稳定性，都得到了很好的改善。
This paper is concerned with a method for engine idle improvement. It is well known that inappropriate idling control increases fuel consumption and pollutant emissions, and also compromises stability.
In this paper, idle performance control is realized by changing the air-fuel rate through changing the bypass air mass which is controlled by stepper motor. Fuzzy control method has been used to study engine idle speed. This method has advantage in not making mathematical model for the controlled object. The proceedings of idle speed are so complex that it is very difficult to design a good controller based on the mathematical model of gasoline engine idling condition. In the system, this paper refers a MCS-89C5 1 single chip computer is taken as the controller, engine speed as the feedback signal. The hardware and software of the system, the method to control the stepper motor as an actuator have been discussed in detail in this paper.
To prove the effectiveness of the control system, a comparison of idle performance respectively by the original carburator engine and the carburator with the control system. The results show that with the closed system to control the engine idle process, the idle running quality is greatly improved and the engine speed fluctuation is remarkably reduced. It proved that the control system is useful and effective for raising engine idle performance.
在本文中，控制方法上主要通过控制旁通空气量来改变怠速时的空燃比，旁通阀的开度是由步进电机来控制的。在控制策略上运用了模糊控制策略进行怠速控制，这种方法的优点是不需要为控制目标建立精确的数学模型。由于发动机的怠速运转是非常复杂的一个过程，所以要在发动机怠速的数学模型的基础上来设计控制器是很困难的。在本文设计的控制系统中，将89C51单片机作为控制器，分别进行了开环的控制和以转速为反馈量的闭环控制。控制系统的硬件、软件和执行机构步进电机的控制方法都在本文中进行了介绍。
为了验证控制系统的有效性，将原发动机与加上了控制系统后的运行情况进行了对比实验。实验结果表明，经过控制后，发动机的怠速运行状况，包括排放性和运转稳定性，都得到了很好的改善。
This paper is concerned with a method for engine idle improvement. It is well known that inappropriate idling control increases fuel consumption and pollutant emissions, and also compromises stability.
In this paper, idle performance control is realized by changing the air-fuel rate through changing the bypass air mass which is controlled by stepper motor. Fuzzy control method has been used to study engine idle speed. This method has advantage in not making mathematical model for the controlled object. The proceedings of idle speed are so complex that it is very difficult to design a good controller based on the mathematical model of gasoline engine idling condition. In the system, this paper refers a MCS-89C5 1 single chip computer is taken as the controller, engine speed as the feedback signal. The hardware and software of the system, the method to control the stepper motor as an actuator have been discussed in detail in this paper.
To prove the effectiveness of the control system, a comparison of idle performance respectively by the original carburator engine and the carburator with the control system. The results show that with the closed system to control the engine idle process, the idle running quality is greatly improved and the engine speed fluctuation is remarkably reduced. It proved that the control system is useful and effective for raising engine idle performance.
引文
[1]王颂秦，刘欣。欧盟和台湾摩托车排放法规及降低排放技术对策。《小型内燃机》(Vol．29) 2000。
[2]D. Hrovat and Jing Sun. Models and Control Methodologies for Engine Idle speed Control Design.《Pergamon》(1997)
[3]P. Bidan, L. K. Kouadio, M. Valentin, G. Montseny. Electrical assistance for S. I. engine idle-speed control.《Control Engineering Practice》6 (1998).
[4]张付军，孙业保，赵长禄。微机控制汽油机点火系统的研究。《内燃机工程》第14卷，1993。
[5]Morris R. L. and B. K. Powell. Modern control applications in idle speed control. Proc. American Control Conference. (1983)
[6]Hrovat, D. and W. J. Johnson. Modeling and control of automotive power trains.《Control and Dynamic systems》(1990)
[7]Abate, M. and Dosio. Use of fuzzy logic for engine idle speed control. SAE(900594)
[8]Ault, A., Jones, V. K., Powell, J. D., Frandlin, G. F. Adaptive air-fuel ratio control of a S. I. engine. SAE(940373)
[9]王为，涂承媛。单片机微机智能转速控制。《测控技术》第16卷，1996。
[10]宋建锋，李国，张欣。现代控制技术在发动机空燃比控制中的应用。《小型内燃机与摩托车》(Vol．30) 2001。
[11]段晖辉，姜卓，卓斌。汽油机集中式电子控制系统的研究。《内燃机学报》(Vol．19) 2001。
[12]《单片机原理及应用》，清华大学出版社。
[13]孙德辉，李正熙，宋伟光，李颖卓。一种微机控制的位置、转速双闭环全数字系统。《吉林化工学院学报》第6卷，1989。
[14]骆德汉。IBM-PC与多MCS-51单片机的串行通信。
[15]肖时江。MCS-51单片机与IBM-PC微机的串行通行。《计算机应用》1991，第五期。
[16]谢辉，刘文胜，汪洋，孙方，苏万华。车用柴油机电控开发系统的软、硬件设计及应用。《汽车工程》(Vol．20) 1998。
[17]姜卓，卓斌。电控单元MICS1.0ECU的硬件系统设计。《小型内燃机》(Vol．29) 2000。
[18]张幽彤，翟涌等。车用柴油机怠速性能分析和控制研究。《内燃机工程》。2000，第一期。
[19]陈万忠，张振东等。汽油机怠速模糊控制的研究。《农业机械学报》第26卷，1998。
[20]董辉。步进电动机及其在怠速控制装置上的应用。
[21]杨志家，赵光宙，严兆大。汽车发动机控制的现状及展望。
[22]李斌轩，吴锋，何文华等。模糊控制在发动机怠速控制中应用的研究。《小型内燃机》(Vol．27) 1998。
[23]王军，卢青春。瞬态转速测量方法的研究与改进。《车用发动机》第2期，2001。
[24]吴霞。利用89C51单片机实现的一种低转速测量方法。《机电工程》第17卷，2000。
[25] 张凤生，张光辉。基于单片机的转矩转速测量系统。《微机与应用》。
[26] 钱耀义 米金泳等。柴油机怠速转速稳定性的模糊控制。《内燃机工程》第12卷，1994。
[27] 李磊源，施文康。应用TMS320C25的柴油机转速模糊控制系统。《测控技术》第20卷，2001。
[28] 谢惠民，葛贤康。车用汽油机最佳空燃比控制。《上海工程技术大学学报》(Vol．7) 1993。
[29] 黄宜琼，程勇，吴波，张立梅。内燃机瞬时转速的研究。《内燃机学报》第10卷，1992。
[30] 林继建，吴明光。PC机和单片机串行通信程序设计。《计算机应用研究》2001。
[31] 朱航，石奕，袁大宏，王绍光。应用电控技术改善化油器式发动机排放污染的研究。《内燃机工程》第19卷，1998。
[32] 黄耀杰，胡志越。摩托车发动机使用电控化油器的实验研究。
[33] 吴斌，董蔚，周大森。对摩托车点火系统电子控制的研究。
[34] 周祺。关于492QA型汽油机怠速排放的研究。
[35] 王军，房世庆，张付军，黄英，孙业保。汽油发动机电控系统的应用研究。《内燃机工程》第18卷，1997。
[36] 李捷辉。采用单片机控制汽油机正时点火系统。
[37] Abate, M. and V. DiNunzio. Idle speed control using optimal regulation. SAE(905008).
[38] Baumgartner, C. E., H. P. Geefing, C. H. Onder and E. Shafal. Robust multivariable idle speed control. Proc. American Control Conference, Seattle, U. S. A(1986)
[39] Camevale, C., and A. Moschetti. Idle speed control with H-infinity technique. SAE(930770)
[40] Gorinevsky, D. and L. A. Feldkamp. On-line optimization of RBF network feedforward compensation for disturbance in idle speed control of automotive engine. Proc. of IEEE Conference on Decision and Control, New Orleans, U. S. A. (1995)
[41] Hazel, P. A. and J. O. Flower. Discrete modeling of spark ignition engines for control purposes. 《Int. J. on Control》 (1971)
[42] Mihelc, W. P. and R. D. Citron. An adaptive idle mode control design. SAE(840443)
[43] Morris, R. L., M. V. Warlick and R. H. Borchets. Engine idle dynamics and control. SAE(820778)
[44] Shim, D., P. P Khargonekar and W. Ribbens. Idle speed control for automotive engine. Proceedings of 1995 American Control Conference. Seattle, U. S. A.
[45] G. De Nicolao, C. Rossi, R. Scattolini, M. Suffritti. Identification and idle speed control of internal combustion engines. 《Pergamon》(1999)
[46] Kouadio, L. K., P. Bidan, M. Valentin and J. P. Berry. S. I. engine idle control improvement by using automobile reversible alternator. 《Pergamon》 (1998)
[47] Kjergaard, L., S. Nielsen, T. Vesterholm, and E. Hendricks. Advanced nonlineare engine idle speed control systems. SAE(940974)
[48] Y. Nishimura and K. Ishii. Engine Idle Stability Analysis and control. SAE(860415)
[49] P. J. King, E. H. Mamdani. The Application of Fuzzy Control Systems to Industrial Process.
[50] 邵千钧。点燃式内燃机燃用LPG电控喷射研究。浙江大学硕士学位论文。2000．01。
[51] Livshitz, M., Sanvido, D., Stiles, S. Absolute stability of idle speed control system. SAE(960620)
[52] Nishimura, Y., Ishii, K. Engine idle stability analysis and contol. SAE(860412)
[53] Inoue, H. and S. Washino. A performance improvement in idle-speed control system with feedforward compensation for the alternator load current. SAE(900777)
[54] 《自动控制应用教程》。电子工业出版社。
[55] 《单片机原理及应用》。清华大学出版社。
[56] 《单片机C语言编程教程》。北京航空航天大学出版社。
[57] 《单片机应用系统的功率接口技术》。北京航空航天大学出版社。
[58] 《内燃机燃烧与排放控制》。中国铁道出版社。
[59] 《内燃机原理》。农业机械出版社。
[2]D. Hrovat and Jing Sun. Models and Control Methodologies for Engine Idle speed Control Design.《Pergamon》(1997)
[3]P. Bidan, L. K. Kouadio, M. Valentin, G. Montseny. Electrical assistance for S. I. engine idle-speed control.《Control Engineering Practice》6 (1998).
[4]张付军，孙业保，赵长禄。微机控制汽油机点火系统的研究。《内燃机工程》第14卷，1993。
[5]Morris R. L. and B. K. Powell. Modern control applications in idle speed control. Proc. American Control Conference. (1983)
[6]Hrovat, D. and W. J. Johnson. Modeling and control of automotive power trains.《Control and Dynamic systems》(1990)
[7]Abate, M. and Dosio. Use of fuzzy logic for engine idle speed control. SAE(900594)
[8]Ault, A., Jones, V. K., Powell, J. D., Frandlin, G. F. Adaptive air-fuel ratio control of a S. I. engine. SAE(940373)
[9]王为，涂承媛。单片机微机智能转速控制。《测控技术》第16卷，1996。
[10]宋建锋，李国，张欣。现代控制技术在发动机空燃比控制中的应用。《小型内燃机与摩托车》(Vol．30) 2001。
[11]段晖辉，姜卓，卓斌。汽油机集中式电子控制系统的研究。《内燃机学报》(Vol．19) 2001。
[12]《单片机原理及应用》，清华大学出版社。
[13]孙德辉，李正熙，宋伟光，李颖卓。一种微机控制的位置、转速双闭环全数字系统。《吉林化工学院学报》第6卷，1989。
[14]骆德汉。IBM-PC与多MCS-51单片机的串行通信。
[15]肖时江。MCS-51单片机与IBM-PC微机的串行通行。《计算机应用》1991，第五期。
[16]谢辉，刘文胜，汪洋，孙方，苏万华。车用柴油机电控开发系统的软、硬件设计及应用。《汽车工程》(Vol．20) 1998。
[17]姜卓，卓斌。电控单元MICS1.0ECU的硬件系统设计。《小型内燃机》(Vol．29) 2000。
[18]张幽彤，翟涌等。车用柴油机怠速性能分析和控制研究。《内燃机工程》。2000，第一期。
[19]陈万忠，张振东等。汽油机怠速模糊控制的研究。《农业机械学报》第26卷，1998。
[20]董辉。步进电动机及其在怠速控制装置上的应用。
[21]杨志家，赵光宙，严兆大。汽车发动机控制的现状及展望。
[22]李斌轩，吴锋，何文华等。模糊控制在发动机怠速控制中应用的研究。《小型内燃机》(Vol．27) 1998。
[23]王军，卢青春。瞬态转速测量方法的研究与改进。《车用发动机》第2期，2001。
[24]吴霞。利用89C51单片机实现的一种低转速测量方法。《机电工程》第17卷，2000。
[25] 张凤生，张光辉。基于单片机的转矩转速测量系统。《微机与应用》。
[26] 钱耀义 米金泳等。柴油机怠速转速稳定性的模糊控制。《内燃机工程》第12卷，1994。
[27] 李磊源，施文康。应用TMS320C25的柴油机转速模糊控制系统。《测控技术》第20卷，2001。
[28] 谢惠民，葛贤康。车用汽油机最佳空燃比控制。《上海工程技术大学学报》(Vol．7) 1993。
[29] 黄宜琼，程勇，吴波，张立梅。内燃机瞬时转速的研究。《内燃机学报》第10卷，1992。
[30] 林继建，吴明光。PC机和单片机串行通信程序设计。《计算机应用研究》2001。
[31] 朱航，石奕，袁大宏，王绍光。应用电控技术改善化油器式发动机排放污染的研究。《内燃机工程》第19卷，1998。
[32] 黄耀杰，胡志越。摩托车发动机使用电控化油器的实验研究。
[33] 吴斌，董蔚，周大森。对摩托车点火系统电子控制的研究。
[34] 周祺。关于492QA型汽油机怠速排放的研究。
[35] 王军，房世庆，张付军，黄英，孙业保。汽油发动机电控系统的应用研究。《内燃机工程》第18卷，1997。
[36] 李捷辉。采用单片机控制汽油机正时点火系统。
[37] Abate, M. and V. DiNunzio. Idle speed control using optimal regulation. SAE(905008).
[38] Baumgartner, C. E., H. P. Geefing, C. H. Onder and E. Shafal. Robust multivariable idle speed control. Proc. American Control Conference, Seattle, U. S. A(1986)
[39] Camevale, C., and A. Moschetti. Idle speed control with H-infinity technique. SAE(930770)
[40] Gorinevsky, D. and L. A. Feldkamp. On-line optimization of RBF network feedforward compensation for disturbance in idle speed control of automotive engine. Proc. of IEEE Conference on Decision and Control, New Orleans, U. S. A. (1995)
[41] Hazel, P. A. and J. O. Flower. Discrete modeling of spark ignition engines for control purposes. 《Int. J. on Control》 (1971)
[42] Mihelc, W. P. and R. D. Citron. An adaptive idle mode control design. SAE(840443)
[43] Morris, R. L., M. V. Warlick and R. H. Borchets. Engine idle dynamics and control. SAE(820778)
[44] Shim, D., P. P Khargonekar and W. Ribbens. Idle speed control for automotive engine. Proceedings of 1995 American Control Conference. Seattle, U. S. A.
[45] G. De Nicolao, C. Rossi, R. Scattolini, M. Suffritti. Identification and idle speed control of internal combustion engines. 《Pergamon》(1999)
[46] Kouadio, L. K., P. Bidan, M. Valentin and J. P. Berry. S. I. engine idle control improvement by using automobile reversible alternator. 《Pergamon》 (1998)
[47] Kjergaard, L., S. Nielsen, T. Vesterholm, and E. Hendricks. Advanced nonlineare engine idle speed control systems. SAE(940974)
[48] Y. Nishimura and K. Ishii. Engine Idle Stability Analysis and control. SAE(860415)
[49] P. J. King, E. H. Mamdani. The Application of Fuzzy Control Systems to Industrial Process.
[50] 邵千钧。点燃式内燃机燃用LPG电控喷射研究。浙江大学硕士学位论文。2000．01。
[51] Livshitz, M., Sanvido, D., Stiles, S. Absolute stability of idle speed control system. SAE(960620)
[52] Nishimura, Y., Ishii, K. Engine idle stability analysis and contol. SAE(860412)
[53] Inoue, H. and S. Washino. A performance improvement in idle-speed control system with feedforward compensation for the alternator load current. SAE(900777)
[54] 《自动控制应用教程》。电子工业出版社。
[55] 《单片机原理及应用》。清华大学出版社。
[56] 《单片机C语言编程教程》。北京航空航天大学出版社。
[57] 《单片机应用系统的功率接口技术》。北京航空航天大学出版社。
[58] 《内燃机燃烧与排放控制》。中国铁道出版社。
[59] 《内燃机原理》。农业机械出版社。
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