基于PID控制的內(nèi)燃機(jī)電磁閥控制仿真研究

帶有可變提升閥定時(shí)系統(tǒng)的發(fā)動(dòng)機(jī)是降低發(fā)動(dòng)機(jī)排放和提高效率的眾多措施之一，這種控制機(jī)構(gòu)可以提高發(fā)動(dòng)機(jī)的容積效率，增加最大扭矩范圍，從而降低燃料消耗，減少發(fā)動(dòng)機(jī)排放。本文通過(guò)MATLAB軟件研究了電磁閥控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性。首先設(shè)計(jì)了電磁閥系統(tǒng)內(nèi)部的磁體和相互作用力，然后利用兩自由度質(zhì)量-彈簧系統(tǒng)作為系統(tǒng)中的力學(xué)模型，最后設(shè)計(jì)了一個(gè)PID控制器來(lái)保持系統(tǒng)的穩(wěn)定性。電磁閥系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和模擬模型見(jiàn)文中的Fig.1和Fig.2。

研究結(jié)果表明，控制器各自將最大閥位移區(qū)域從2mm減小到0.001mm，將持續(xù)時(shí)間從0.1秒減小到0.022秒，提升閥的沉降速度為 0.0126，標(biāo)準(zhǔn)偏差為0.1304，電樞沉降速度為0.0184，標(biāo)準(zhǔn)偏差為0.1363。提升閥的平均位移為0.0011，標(biāo)準(zhǔn)偏差為 0.0003，電樞的平均位移為0.0015，標(biāo)準(zhǔn)偏差為0.0003。各階段的傳遞介質(zhì)為-37.5和-169，增益為10.3和-9.35。負(fù)增益余量意味著降低增益將導(dǎo)致穩(wěn)定性降低，而正增益余量意味著增加增益會(huì)使穩(wěn)定性降低。由此可見(jiàn)，如果閥門打開(kāi)或關(guān)閉足夠快時(shí)，電流極限將被去除，從而能夠有效地提高發(fā)動(dòng)機(jī)效率，因此當(dāng)務(wù)之急通過(guò)控制器使得閥門達(dá)到最大升降速度。此外，電磁閥的延遲時(shí)間也會(huì)影響控制器的效果，從而影響系統(tǒng)的響應(yīng)。未來(lái)研究工作將進(jìn)一步優(yōu)化PID控制器中的控制參數(shù)，以更好地保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

Fig.1.Electromagnetic poppet valve model diagram

Fig.2.Modelling the system as a two degree of freedom system.