柴油機(jī)調(diào)速控制原理課件

內(nèi)燃機(jī)電子控制柴油機(jī)噴油控制原理內(nèi)燃機(jī)電子控制柴油機(jī)噴油控制原理1本課程的結(jié)構(gòu)本課程的結(jié)構(gòu)2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的性能改善程度。柴油機(jī)的問題有：冷起動性能、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。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)3電控的處理方式針對各種工況處理相應(yīng)的參數(shù)或附屬裝置：冷起動性能：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)動機(jī)工況改變噴嘴環(huán)參數(shù)電控的處理方式針對各種工況處理相應(yīng)的參數(shù)或附屬裝置：4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。前者是對發(fā)動機(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。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)5電控噴油量控制邏輯結(jié)構(gòu)電控噴油量控制邏輯結(jié)構(gòu)6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7基本噴油量根據(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)的基本噴油量模式基本噴油量根據(jù)工況查表確定8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)動機(jī)轉(zhuǎn)速的大小是由操作員掌握的。由人的經(jīng)驗(yàn)來決定油門的大小。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9工況查表模式燃油量是油門和發(fā)動機(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)行修改工況查表模式燃油量是油門和發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速的函數(shù)10全制式調(diào)速模式油門直接控制轉(zhuǎn)速。就是說，油門信號代表了目標(biāo)轉(zhuǎn)速信號，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，但是操作員對發(fā)動機(jī)的負(fù)荷缺少直觀把握。全制式調(diào)速模式油門直接控制轉(zhuǎn)速。就是說，油門信號代表了目標(biāo)轉(zhuǎn)11全制式調(diào)速模式工作區(qū)域相對于查表法具有可調(diào)整性油門踏板位置對應(yīng)于目標(biāo)轉(zhuǎn)速控制信號具備累進(jìn)式速度控制和通訊調(diào)節(jié)速度控制功能全制式調(diào)速模式工作區(qū)域相對于查表法具有可調(diào)整性12全制式調(diào)速特點(diǎn)由雙PID或多PID控制器組成調(diào)速控制器對輸入項(xiàng)采取濾波和微分處理采取同步控制對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13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。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14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。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。15噴油的兩種主要模式油門踏板信號對發(fā)動機(jī)的動力參數(shù)提出要求。在一般機(jī)械式控制的發(fā)動機(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。一般來說，兩種方案的區(qū)別僅限于噴油控制方面。噴油的兩種主要模式油門踏板信號對發(fā)動機(jī)的動力參數(shù)提出要求。在16舉例說明A舉例說明A17方案A方案A接受轉(zhuǎn)速信號和目標(biāo)供油量信號（油門踏板信號），當(dāng)目標(biāo)供油量信號發(fā)生變化時(shí)，輸出工況判別結(jié)果dyn1，請求系統(tǒng)處于目標(biāo)過渡模式，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，請求系統(tǒng)處于動態(tài)調(diào)速模式。方案A方案A接受轉(zhuǎn)速信號和目標(biāo)供油量信號（油門踏板信號），當(dāng)18舉例說明B舉例說明B19方案B方案B接受轉(zhuǎn)速信號和目標(biāo)轉(zhuǎn)速信號（油門踏板信號），通過比較實(shí)際轉(zhuǎn)速與目標(biāo)轉(zhuǎn)速，判斷系統(tǒng)處于穩(wěn)態(tài)或動態(tài)，并將判別信號輸出到工作模式編碼模塊進(jìn)行處理。方案B方案B接受轉(zhuǎn)速信號和目標(biāo)轉(zhuǎn)速信號（油門踏板信號），通過20兩者的區(qū)別方案A與方案B在工作模式上的區(qū)別在于：A將動態(tài)模式細(xì)分為目標(biāo)過渡模式和動態(tài)調(diào)速模式兩個(gè)子模式，B則未加以細(xì)化。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將動態(tài)模式21工況判斷從系統(tǒng)設(shè)計(jì)的柴油機(jī)工作模式來看，需要作出兩個(gè)基本判斷：發(fā)動機(jī)是否處于啟動工況；發(fā)動機(jī)的轉(zhuǎn)速是否穩(wěn)定。啟動工況的判定根據(jù)輸入的啟動開關(guān)信號和實(shí)際轉(zhuǎn)速信號來判斷柴油機(jī)應(yīng)處于啟動工況還是常規(guī)工況：擰下點(diǎn)火鑰匙（啟動開關(guān)）發(fā)出啟動信號，轉(zhuǎn)速到一定值后啟動信號關(guān)閉。工況判斷從系統(tǒng)設(shè)計(jì)的柴油機(jī)工作模式來看，需要作出兩個(gè)基本判斷22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n和目標(biāo)轉(zhuǎn)速信號no（油門踏板信號），通過比較實(shí)際轉(zhuǎn)速與目標(biāo)轉(zhuǎn)速，判斷系統(tǒng)處于穩(wěn)態(tài)或動態(tài)。在目標(biāo)轉(zhuǎn)速已知的情況下，發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速穩(wěn)定與否的判別需要定量化的判據(jù)。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n和目標(biāo)轉(zhuǎn)速信號no231、進(jìn)入動態(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，其波動范圍取決于動態(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)入動態(tài)工況。1、進(jìn)入動態(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242、進(jìn)入穩(wěn)態(tài)的判據(jù)模擬的調(diào)速過程如圖2、進(jìn)入穩(wěn)態(tài)的判據(jù)模擬的調(diào)速過程如圖25將轉(zhuǎn)速誤差對時(shí)間的積累效應(yīng)作為判別標(biāo)準(zhǔn)：將轉(zhuǎn)速誤差對時(shí)間的積累效應(yīng)作為判別標(biāo)準(zhǔn)：26修改判據(jù)：時(shí)，進(jìn)入穩(wěn)態(tài)修改判據(jù)：27油量調(diào)整基本上起著系統(tǒng)調(diào)速的功能：LSGHSGRSG油量調(diào)整基本上起著系統(tǒng)調(diào)速的功能：28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。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。29電控系統(tǒng)所需要的轉(zhuǎn)速一般而言的轉(zhuǎn)速測量是對柴油機(jī)在一段時(shí)間內(nèi)轉(zhuǎn)過的角度進(jìn)行平均。但是柴油機(jī)在調(diào)速過程中的時(shí)間一般為2~7秒，因此，長時(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，相對于調(diào)速過程的時(shí)間長度，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)速的測周法定義方式）作為控制用轉(zhuǎn)速定義。電控系統(tǒng)所需要的轉(zhuǎn)速一般而言的轉(zhuǎn)速測量是對柴油機(jī)在一段時(shí)間內(nèi)30轉(zhuǎn)速的測定柴油機(jī)的轉(zhuǎn)速測定是控制的基礎(chǔ)。測量方法有很重要的影響：測周法測頻法轉(zhuǎn)速的測定柴油機(jī)的轉(zhuǎn)速測定是控制的基礎(chǔ)。測量方法有很重要的影31轉(zhuǎn)速測量示意圖轉(zhuǎn)速測量示意圖32測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)動機(jī)轉(zhuǎn)速為ω時(shí)，轉(zhuǎn)過初始空程角所需的時(shí)間，轉(zhuǎn)過每個(gè)齒的時(shí)間，采樣時(shí)間內(nèi)傳感器測得的齒數(shù)為，在此，floor[]為取整算法符號。測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33測頻法誤差初始空程角為0，采樣長度為0.2毫秒時(shí)，測量值和實(shí)際轉(zhuǎn)速之間的誤差與發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速之間的關(guān)系測頻法誤差初始空程角為0，采樣長度為0.2毫秒時(shí)，測量值和實(shí)34轉(zhuǎn)速為1300r/min，采樣長度為0.2毫秒時(shí)，測量誤差與初始空程角之間的關(guān)系轉(zhuǎn)速為1300r/min，采樣長度為0.2毫秒時(shí)，測量誤差與35轉(zhuǎn)速為1300r/min，初始空程角為0.03rad時(shí)，測量誤差與采樣長度之間的關(guān)系轉(zhuǎn)速為1300r/min，初始空程角為0.03rad時(shí)，測量36測頻法誤差特點(diǎn)可以看到，測頻法的誤差與采樣長度有著密切的關(guān)系。同時(shí)，測頻法用于柴油機(jī)轉(zhuǎn)速測量有兩個(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)速對發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速測量造成影響無法消除。測頻法誤差特點(diǎn)可以看到，測頻法的誤差與采樣長度有著密切的關(guān)系37測周法柴油機(jī)轉(zhuǎn)速的測周法是測量柴油機(jī)曲軸轉(zhuǎn)動一周或兩周的時(shí)間，其時(shí)間測量精度取決于測量脈沖的基頻。例如，測周法采用的基頻為50kHz，測量一周時(shí)，其測量值和實(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測周法柴油機(jī)轉(zhuǎn)速的測周法是測量柴油機(jī)曲軸轉(zhuǎn)動一周或兩周的時(shí)間38測周法誤差測周法誤差39測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)動機(jī)曲軸旋轉(zhuǎn)一整圈的時(shí)間是瞬時(shí)轉(zhuǎn)速的波動周期的整數(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。測周法誤差分析柴油機(jī)一個(gè)工作循環(huán)的瞬時(shí)轉(zhuǎn)速波動受缸數(shù)的影響，40發(fā)動機(jī)的轉(zhuǎn)速測量方法目前，采用測周法的發(fā)動機(jī)電控系統(tǒng)較多。但是一般不采用一轉(zhuǎn)測一次周期，而是在轉(zhuǎn)速測量的裝置上設(shè)計(jì)一個(gè)定角度的裝置，測定轉(zhuǎn)過該曲軸轉(zhuǎn)角的時(shí)間，以此計(jì)算。發(fā)動機(jī)的轉(zhuǎn)速測量方法目前，采用測周法的發(fā)動機(jī)電控系統(tǒng)較多。但41PID控制原理PID控制是比例、積分、微分控制方法的簡稱。PID控制的實(shí)質(zhì)是一個(gè)三維空間的搜索問題。可采取的方法有試探搜索法經(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。PID控制原理PID控制是比例、積分、微分控制方法的簡稱。42內(nèi)燃機(jī)速度特性曲線內(nèi)燃機(jī)速度特性曲線43柴油機(jī)與汽油機(jī)扭矩的速度特性柴油機(jī)與汽油機(jī)扭矩的速度特性44內(nèi)燃機(jī)與工作機(jī)械匹配負(fù)載特性內(nèi)燃機(jī)與工作機(jī)械匹配負(fù)載特性45負(fù)荷與柴油機(jī)的配合特性負(fù)荷與柴油機(jī)的配合特性46柴油機(jī)調(diào)速控制原理ppt課件47調(diào)距槳、汽車換檔的工作原理調(diào)距槳、汽車換檔的工作原理48調(diào)速器工作原理調(diào)速器工作原理49調(diào)速過程調(diào)速過程50柴油機(jī)動態(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)速波動率柴油機(jī)動態(tài)性能指標(biāo)1.穩(wěn)定調(diào)速率51機(jī)械式調(diào)速器結(jié)構(gòu)機(jī)械式調(diào)速器結(jié)構(gòu)52機(jī)械式調(diào)速器靜力分析機(jī)械式調(diào)速器靜力分析53柴油機(jī)調(diào)速控制原理ppt課件54作為自控系統(tǒng)的柴油機(jī)柴油機(jī)動態(tài)方程調(diào)速器動態(tài)方程柴油機(jī)系統(tǒng)穩(wěn)定性柴油機(jī)系統(tǒng)動態(tài)特性柴油機(jī)系統(tǒng)的分析假設(shè)前提作為自控系統(tǒng)的柴油機(jī)柴油機(jī)動態(tài)方程55柴油機(jī)的動態(tài)方程根據(jù)達(dá)蘭貝爾原理：柴油機(jī)的動態(tài)方程根據(jù)達(dá)蘭貝爾原理：56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，為簡單起見，近似為線性柴油機(jī)扭矩的速度特性扭矩與速度的關(guān)系比較復(fù)雜，為簡單起見，近57柴油機(jī)動態(tài)方程動態(tài)方程為：傳遞函數(shù)為：柴油機(jī)動態(tài)方程動態(tài)方程為：58柴油機(jī)動態(tài)特性柴油機(jī)動態(tài)特性59引入控制器后的柴油機(jī)特性引入控制器后的柴油機(jī)特性60負(fù)載的動力特性船用負(fù)載車用機(jī)負(fù)載發(fā)電機(jī)負(fù)載負(fù)載的動力特性船用負(fù)載61帶負(fù)載的柴油機(jī)動態(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)載的動力特性，使得整體的動態(tài)穩(wěn)定特性有較大改善。帶負(fù)載的柴油機(jī)動態(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62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63機(jī)械式調(diào)速系統(tǒng)機(jī)械式調(diào)速器方程：油泵特性：機(jī)械式調(diào)速系統(tǒng)機(jī)械式調(diào)速器方程：64機(jī)械調(diào)速柴油機(jī)調(diào)速過程機(jī)械調(diào)速柴油機(jī)調(diào)速過程65調(diào)速設(shè)計(jì)的假設(shè)及誤差柴油機(jī)動力特性的線性假設(shè)調(diào)速器特性的線性假設(shè)油泵特性的線性假設(shè)調(diào)速設(shè)計(jì)的假設(shè)及誤差柴油機(jī)動力特性的線性假設(shè)66柴油機(jī)線性假設(shè)的誤差柴油機(jī)線性假設(shè)的誤差67柴油機(jī)系統(tǒng)的動態(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。

柴油機(jī)系統(tǒng)的動態(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68動態(tài)特征分析柴油機(jī)的動力特性是非線性的，在設(shè)計(jì)、分析簡化時(shí)采用了簡單線性化的方法，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，仍會變成0型系統(tǒng)），在調(diào)速過程中不可避免地存在著穩(wěn)態(tài)誤差動態(tài)特征分析柴油機(jī)的動力特性是非線性的，在設(shè)計(jì)、分析簡化時(shí)采69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。改善調(diào)速特性的方法在高速區(qū)采用一種調(diào)速方程，70柴油機(jī)動態(tài)特性方程柴油機(jī)轉(zhuǎn)速的變化直接取決于其動力扭矩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)動方程為：輸出扭矩M是柴油機(jī)動態(tài)過程中的扭矩，考慮到動態(tài)過程可理解為一個(gè)準(zhǔn)靜態(tài)過程，以柴油機(jī)穩(wěn)態(tài)下的扭矩特性代替動態(tài)過程的扭矩特性，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。柴油機(jī)動態(tài)特性方程柴油機(jī)轉(zhuǎn)速的變化直接取決于其動力扭矩M和負(fù)71柴油機(jī)輸出扭矩的特性在討論柴油機(jī)動態(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)動力特性進(jìn)行線性近似，誤差較大。柴油機(jī)輸出扭矩的特性在討論柴油機(jī)動態(tài)特性的文獻(xiàn)中，一般是將柴72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。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73動力特性的多項(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，采取多項(xiàng)式擬合的方法，其動力特性可以表述成如下所述的多項(xiàng)式形式：動力特性的多項(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)74采取多項(xiàng)式擬合后的動力特性誤差采取多項(xiàng)式擬合后的動力特性誤差75柴油機(jī)動力特性非線性方程柴油機(jī)動力特性的非線性擬合在精度上能夠反映出柴油機(jī)的動力性能特點(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，

柴油機(jī)動力特性非線性方程柴油機(jī)動力特性的非線性擬合在精度上能76柴油機(jī)動力特性的非線性特征柴油機(jī)動力特性方程是一個(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其非線性特征進(jìn)行討論，以確定本研究對象的非線性程度，以及適于采用何種方法進(jìn)行線性化處理柴油機(jī)動力特性的非線性特征柴油機(jī)動力特性方程是一個(gè)典型的多項(xiàng)77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的頻率相關(guān)，與各頻率下的信號幅值無關(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)的其他頻率信號的影響。非線性系統(tǒng)的增益既與輸入信號的頻率相關(guān)，又與信號幅值相關(guān)（變增益特性）；非線性系統(tǒng)對某個(gè)頻率的正弦響應(yīng)，可能隨著對系統(tǒng)施加另一頻率的信號而被改正，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。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78柴油機(jī)系統(tǒng)的變增益特性柴油機(jī)系統(tǒng)的變增益特性79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頻率分量對其它分量的抑制（激勵(lì)）作用最強(qiáng)。柴油機(jī)系統(tǒng)的增益互抑特性隨機(jī)的考慮ω1=2Hz、ω2=4Hz80柴油機(jī)系統(tǒng)的非線性特性柴油機(jī)系統(tǒng)的動態(tài)特性在較大幅度的信號輸入情況下變增益特性和頻率互抑特性等非線性特征均比較明顯，因此不適于采用簡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。柴油機(jī)系統(tǒng)的非線性特性柴油機(jī)系統(tǒng)的動態(tài)特性在較大幅度的信號輸81非線性控制器設(shè)計(jì)柴油機(jī)的動態(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)，則會存在以下幾個(gè)問題：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、動態(tài)特性參數(shù)會隨著調(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。非線性控制器設(shè)計(jì)柴油機(jī)的動態(tài)特性分析表明：柴油機(jī)是一個(gè)非線性82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。對控制系統(tǒng)進(jìn)行離散化，并分析離散化后的系統(tǒng)性能。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83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反饋線性化采用反饋線性化方法得到的線性補(bǔ)償器84柴油機(jī)動態(tài)控制結(jié)構(gòu)柴油機(jī)動態(tài)控制結(jié)構(gòu)85系統(tǒng)的穩(wěn)定裕度幅值裕度為無窮大相位裕度為90度系統(tǒng)的穩(wěn)定裕度幅值裕度為無窮大86系統(tǒng)的離散化在系統(tǒng)離散化過程中，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，采樣頻率過低會使一個(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。系統(tǒng)的離散化在系統(tǒng)離散化過程中，采樣頻率起著十分重要的作用。87采樣頻率在柴油機(jī)的動態(tài)過程控制中，主要反饋信號是轉(zhuǎn)速信號。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)定性采樣頻率在柴油機(jī)的動態(tài)過程控制中，主要反饋信號是轉(zhuǎn)速信號。在88離散系統(tǒng)的性能離散系統(tǒng)的差分方程及其動態(tài)性能與轉(zhuǎn)速采樣頻率有著密切聯(lián)系，合理選擇轉(zhuǎn)速采樣頻率對系統(tǒng)性能有著重要影響取采樣頻率為5Hz離散系統(tǒng)的性能離散系統(tǒng)的差分方程及其動態(tài)性能與轉(zhuǎn)速采樣頻率有89離散系統(tǒng)的穩(wěn)定裕量幅值裕量：2.34dB相位裕量：64o離散系統(tǒng)的穩(wěn)定裕量幅值裕量：2.34dB90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)動態(tài)性能的標(biāo)志之一，針對柴油機(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)動態(tài)性能的標(biāo)志之91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，柴油機(jī)扭矩模型中加入了一個(gè)0.85~1之間變動的隨機(jī)因子作為柴油機(jī)的扭矩波動因子，將模型計(jì)算的扭矩乘以隨機(jī)因子作為輸出扭矩。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，柴油機(jī)扭92仿真結(jié)果仿真結(jié)果93柴油機(jī)調(diào)速控制原理