淺析分段PID控制算法在柴油機齒條位置控制中的應用方法

才雨虹

摘 要：本文針對柴油發(fā)動機的齒條位移進行控制，該控制屬于執(zhí)行器位置控制，并對該系統(tǒng)的電磁式執(zhí)行器建立數學模型，建立齒條位移閉環(huán)增量式PID控制器，并對其P、I、D值進行整定，最后進行控制系統(tǒng)的仿真實驗。通過仿真發(fā)現(xiàn)該控制器對大小階躍響應的輸入，均能改善系統(tǒng)動靜態(tài)特性。

關鍵詞：柴油機齒條位移；位置控制；分段PID控制算法

1.引言

柴油車在經濟性、動力性和安全性等方面具有優(yōu)勢，因此柴油發(fā)動機電控系統(tǒng)值得研究。該系統(tǒng)的主要部分是齒條位置控制，所以齒條控制算法的研究很有前景[1]。

2.電磁式執(zhí)行器建模

柴油機的齒條位置直接受控于控制執(zhí)行機構，該機構是電磁式的[2]。由力學原理，直接推導得到執(zhí)行器的運動方程[3]：

以上各參量均與T、KP、TI、TD有關[5]。若T為10毫秒，KP、TI、TD為定值，控制增量與先后三次測量值的偏差有關。柴油機齒條控制輸出的Δu（k）即是齒條位移的增量。

4.分段PID控制器參數整定

保持柴油機齒條位置系統(tǒng)動態(tài)效果好，就要選取合適的PID參數。柴油機齒條的有效位移約為13mm，將13mm均勻分成13段，每段1mm，然后利用不同的PID參數控制不同段。

各段參數采用試湊法整定，對公式（8）進行增量式控制，并對q0、q1、q2試湊整定，確立PID分段查詢表。T為10ms，測得q0、q1、q2后，根據式（9）計算KP、TI、TD值。表4-1為分段PID參數的各段修正值。

5.仿真研究

通過分段PID控制，柴油機齒條位移控制效果如下：輸入為小階躍時，響應曲線如圖5-1所示，提高了系統(tǒng)的動態(tài)特性；輸入為大階躍時，響應曲線如圖5-2所示，仍提高了系統(tǒng)的動態(tài)特性。仿真表明此控制器克服干擾能力強，魯棒性好，穩(wěn)態(tài)特性也較好。

6.結論

本文對柴油機電磁式執(zhí)行機構進行建模，得到確定部分的傳遞函數，并針對柴油機齒條位移控制系統(tǒng)進行分段PID的控制器的設計，并通過仿真實驗證明無論是小階躍響應還是大階躍響應均能使系統(tǒng)動態(tài)特性提高，穩(wěn)態(tài)性能增強。（作者單位：吉林省電子信息技師學院）

參考文獻：

[1] 李元春、周曉. 柴油機齒條位置執(zhí)行器及電控調速系統(tǒng)的研究. 內燃機學報. 2002（1）

[2] 施光林，鐘廷修. 柴油機共軌式電控燃油噴射新技術與環(huán)境保護. 資源環(huán)境. 2000（7）

[3] 高巍、李元春. 柴油機電控系統(tǒng)魯棒模糊雙閉環(huán)控制.吉林大學學報（工學版）.2007（5）

[4] 李彥強，朱從喬，黃次浩. 柴油機電子調速器PID參數模糊自校正研究. 內燃機學報：2001，19（3）：267～269

[5] 王云平. PID模糊控制器在醫(yī)用理療儀溫度控制器中的應用. 遼寧省交通高等?？茖W校學報. 2007（5）