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(多图) 基于DSP的电子节气门PID控制

来源:武汉理工大学学报/苏海峰 冯国胜?? 2007年12月28日 ?? 收藏0

  三、PID控制原理

  由于节气门体中存在非线性弹簧、粘性摩擦和滑动摩擦、进气扰动及齿隙冲击等,导致了控制对象为一严重非线性系统,控制难度较高。PID控制不需要测量系统的模型,容易实现,所以本文选择了使用PID控制策略进行控制。PID控制将偏差的比例P、积分I和微分D通过线性组合构成控制量,对被控对象进行控制,故称PID控制。

  PID控制系统是一种线性控制系统,如图3所示,控制偏差e(t)为目标值与实际输出值之差:

  e(t)=r(t)-y(t)(1)

  PID控制规律为:PID控制规律

  式中:KP——比例系数;

  TI——积分时间常数;

  TD——微分时间常数。

  KP成比例地反映控制系统的偏差信号e(t),偏差一旦产生,控制系统立即产生控制作用以减小偏差。

  TI主要用于消除静差,提高系统的无差度,积分作用的强弱取决于积分时间常数TI,TI越大积分作用越弱,反之则越强。

  TD反应偏差信号的变化趋势(变化速率),并能在偏差信号变得太大之前,在系统中引入一个有效的早期修正信号,从而加快系统的动作速度,减少调节周期。

PID控制原理

  在计算机PID控制中,需使用数字PID控制,本文使用增量式PID控制算法,公式如下:

  △u(k)=KP[e(k)-e(k-1)]+KIe(k)+KD[

e(k)-2e(k-1)+e(k-2)](3)

  u(k)=u(k-1)+△u(k)(4)

  式中:△u(k)——k时刻输出增量;

  KI——积分系数;

  KD——微分系数。

  数字PID控制是连续系统中技术最成熟应用最广泛的一种控制,不需了解被控对象的数学模型,只要根据经验进行调整参数的在线整定,即可获得满意的效果,特别适用于软件编程的方法实现PID控制,参数变化十分灵活。具有控制原理简单、实现容易及稳定性好等优点。

  由于节气门体中复位弹簧的作用,使节气门片的受力变得复杂,增加了控制的难度。节气门片向不同方向转动时其受力不同,转动范围大小也不同,因此,正、反转模型也就不同。于是需要设计正转和反转两组PID控制,其控制参数和流程均不同。程序需根据控制输出量值的正负,判断进入正转控制流程还是反转控制流程,并完成控制流程的非线性切换。

  四、节气门控制实验

  节气门开度控制实验中,节气门位置传感器的电压为反馈量,PWM的占空比信号为控制输出量。实验中由PC机监控系统向DSP发送目标开度值和PID控制参数,DSP根据控制参数和节气门位置信号计算并输出PWM信号,电机执行命令,控制电子节气门完成动作;同时DSP向PC机监控系统传送控制过程,PC机记录并显示实际控制效果,根据控制效果不断调整PID控制参数,最终达到最佳控制。图4记载了试验中进行的阶跃响应测试,参数KP=65,KI=125, KD="10",电子节气门从初始值1200mV到目标值2000mV的阶跃变化情况。从系统的阶跃响应曲线可知节气门上升时间短且稳态跟踪误差小,满足系统响应和控制精度要求。

节气门控制实验

  五、结论

  试验表明,该控制系统具有性能稳定、抗干扰能力强和可靠性高等优点,取得了十分满意的控制效果,故该节气门控制系统具有很高的应用价值。

  下一步将电子节气门控制系统装车,与发动机ECU整合,进行发动机实车试验,需要对电子节气门的控制特性进行深入研究,结合更有针对性的非线性智能控制方法,进一步提高发动机控制效果。


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DSP? 电子节气门? PID控制?

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