增量式PID怠速控制策略在发动机上的应用
基于PID算法的车用天然气发动机怠速闭环控制研究
怠 速 是 指 能 够 维 持 发 动 机 稳 定 运 转 的 最 低 转 速 。怠 速是 汽车发 动 机 重 要 的 工作 模 式 之 一 ， 市 城 中汽车 怠 速 时 间约 占总运 行 时 间 的 １ ３ 约 有 ３ ／， Ｏ 的燃 油 消耗在 怠速工 况ｕ 。天然 气发 动机 的一 个重 ］ 要 的直 用是城 市公 交车 ， 因此 ， 速运行 的稳 定性 是 怠 评价 天然 气发 动机 怠 速 工 作 质量 的一 项 重要 指 标 ， 直接 影 响着发 动机 的燃 油经济 性 以及排 放性 能 ｌ ｊ ＿ 。 ２ 本研 究通 过 自行改 装 的发动机 以及 自主开发 的 电控 单元 ， 采取 增 量 式 Ｐ Ｄ 算 法 制定 了控 制 策 略 ， 行 Ｉ 进 了单 闭环 、 闭环怠速 控制 对 比试验 ， 双 通过 调整 不 同 的控 制参 数实 现怠速 的稳 定控 制 。
速 为输 出量 。天然 气发 动机怠 速单 闭环控 制原 理见
速 的控 制采 用增量 式 Ｐ Ｄ 控 制算 法 ， Ｉ 直接 输 出控 制
量 的 增 量 ， 需 要 偏 差 累 积 。 发 动 机 在 怠 速 工 况 下 不
装 的天 然 气 发 动 机 。原 机 为 ４行 程 、 列 ４缸 、 直 水 冷 、 置 凸轮轴 、 环 多点 燃 油 喷 射 发 动 机 ， 排 量 顶 闭 其 为 １ ０ ２Ｌ， ． １ 压缩 比为 ９ ６ 缸径 为 ６ ． ｍ， 大功 ．， ５ ５Ｆ 最 ｌ ｉ 率为 ３ Ｗ ， 大功率 转速 为 ５３ ０ｒｍｉ 。在 原机 ９ｋ 最 ０ ／ ｎ 的基 础上加 装 了 １套完 整 的天然 气供 给系 统和 电控 系统 。试验 使用 的天然 气 是在加 气站灌 注 的压缩 天 然气 ， 主要成 分为 甲烷 ， 贮在 高压 气瓶 内。改造 其 存 后 的天然气 供气 系统采 用进 气总 管单 点喷 射方式 。 试验所 采 用 的 电子 控 制 单 元 （ Ｃ 采 用 多 片 Ｅ Ｕ） 式结 构 设 计 ， 用 了 ３个 Ａ 应 ＴＭＥ 公 司 生 产 的 Ｉ ＡＶ 系列单 片机 ， Ｒ 它们 针对 不 同的执行 机构 分担 不 同 的任务 ： 个 ＡＴ ｇ １ ８ 片 机 进 行发 动 机 的 １ ｍｅ ａ ２ Ｉ单
增量式pid控制的理解和应用
增量式pid控制的理解和应用以增量式PID控制的理解和应用为标题，我将介绍增量式PID控制的概念、原理以及在实际应用中的一些常见场景和优势。
增量式PID控制是一种常用的自动控制算法，用于调节和控制系统中的变量。
PID是Proportional-Integral-Derivative（比例-积分-微分）的缩写，它通过对系统的误差进行比例、积分和微分的处理，来调节控制量，使系统的输出达到期望值。
增量式PID控制与传统的位置式PID控制相比，更加灵活和精确。
在传统的位置式PID控制中，控制器的输出直接作为控制量，即直接控制被控对象的位置。
而在增量式PID控制中，控制器的输出是对控制量的增量进行控制。
这种增量式的控制方式有助于减小控制器的输出变动范围，提高系统的稳定性和响应速度。
增量式PID控制的核心思想是根据系统的误差变化率来调节控制量的增量。
当系统的误差变化率较大时，增量式PID控制器会加大控制量的增量，以快速响应系统的变化；当系统的误差变化率较小时，增量式PID控制器会减小控制量的增量，以提高系统的稳定性。
增量式PID控制的实现可以通过以下步骤进行：1. 测量系统的反馈信号，得到系统的输出值。
2. 计算系统的误差，即期望值与输出值之差。
3. 根据误差计算控制量的增量，即将误差输入到PID控制器中进行处理。
4. 将控制量的增量叠加到上一时刻的控制量上，得到当前时刻的控制量。
5. 将当前时刻的控制量作用于被控对象，使其输出值逐渐接近期望值。
6. 循环执行上述步骤，不断调整控制量的增量，直到系统的输出值达到期望值。
增量式PID控制在许多实际应用中发挥着重要的作用。
下面将介绍几个常见的应用场景：1. 温度控制：在温度控制系统中，增量式PID控制可以根据当前温度与设定温度之间的差异，调整加热或制冷设备的控制量。
通过不断调整控制量的增量，可以使系统的温度稳定在设定温度附近。
2. 机器人控制：在机器人控制系统中，增量式PID控制可以根据机器人当前位置与目标位置之间的差异，调整各个关节的控制量。
智能车设计中增量式PID控制算法的运用
智能车设计中增量式PID控制算法的运用作者：徐世豪来源：《中国新通信》2017年第02期【摘要】智能车是现代科技研究与发展的重要方向之一，控制系统是智能车研发的关键所在。
本文以增量式PID控制算法作为智能车研究的切入点，通过实验分析得出采用增量式PID控制算法能够起到提升智能车系统控制的目的，提升车辆的运动性能。
【关键词】智能车增量式 PID控制算法一、智能车总体方案设计智能车的运行是基于传感器提前感知到道路的具体情况，进而通过内部控制系统发出相应的指令，做出相应的应对措施，调整行驶状态，达到顺利通过的目的。
综合现有研究，智能车的运行状态如下图1所示：控制器的输入是传感器信息（道路检测传感器和速度传感器信息）；输出是执行器件（舵机和直流电机）的控制参数。
控制器要完成的主要任务有：图像采集、速度测量、图像处理、方向和速度控制。
根据任务需要，控制器中应包含有图像采集模块、引导线提取算法、图像识别算法、脉冲计数模块、定时器模块、速度测量算法、方向控制算法、速度控制算法[1]，如图2所示。
二、智能车的控制算法2.1 PID参数的影响采用比例系数kp的目的，在于通过提升智能车系统的响应速度以提升其调节的精度，但需要合理控制kp的数值，不宜过大和过小。
例如，当kp数值过大，则会加速系统的响应速度，导致超调进而危及到系统的稳定性。
当kp数值过小，则会降低系统的响应速度而调节的精度随之下降，进而导致系统调节的时间被延长，破坏系统的动态性能与静态性能。
在实验过程中，模型车在行驶过程时，随着kp系数增加舵机的反应速度得以提升，模型车在横向转向时，舵机迅速做出反应并及时调整方向。
然而，当模型车处于直线行驶时，因车速较快导致出现控制不灵的问题，表现为：高速行驶过程中，模型车左右晃动难以及时稳定方向，致使直线行驶变成了摇摆不定的曲线。
同时，因方向不定的影响，模型车的速度得不到提升。
积分作用系数ki的作用是消除系统的稳态误差。
PID控制以及汽车控制的应用
未来展望
随着智能控制技术的发展，PID控制算法将与人工智能、机器 学习等技术相结合，实现更加智能化和自适应的控制策略。
未来研究方向包括发展新型PID控制算法、提高控制精度和鲁 棒性、以及探索多目标优化和控制等问题。同时，也需要加 强基础理论和实验研究，推动汽车控制技术的不断创新和发 展。
THANKS
在汽车控制中，PID控制算法广泛应用于发动机控制、底盘控制和车身控制等领域，对提高汽车的动力 性、经济性和舒适性具有重要意义。
实际应用与挑战
Hale Waihona Puke 在实际应用中，PID控制算法需要根 据具体的汽车系统和工况进行参数调 整和优化，以适应不同的行驶条件和 性能要求。
挑战主要来自于系统非线性和不确定 性，以及复杂的行驶环境和多变的驾 驶员意图。为了实现更好的控制效果 ，需要深入研究系统动态特性和驾驶 员行为特征。
控制精度与鲁棒性
控制精度
PID控制器在汽车控制中需要高精度 的控制效果，以满足汽车运行的安全 性和稳定性。
鲁棒性
由于汽车运行环境复杂多变，PID控制 器需要具备良好的鲁棒性，以应对各 种干扰和不确定性。
实时性要求
快速响应
汽车控制需要快速响应，以应对突发情况， PID控制器需要具备高效的计算能力和优化 算法，以满足实时性要求。
详细描述
通过传感器检测车辆的横摆角速度和侧向加速度，PID控制器计算期望横摆力矩并与实际横摆力矩进 行比较，产生一个附加横摆力矩，通过制动系统施加到内侧车轮上，使车辆保持稳定。PID控制器能 够根据车辆的动态响应实时调整附加横摆力矩，提高车辆的操控性和稳定性。
自动泊车系统
总结词
自动泊车系统是利用PID控制算法实现自 动寻找停车位和自动泊车的智能化系统 。
发动机怠速PID控制的研究-开题报告
1、怠速调节问题。怠速的时候，由于发动机系统的复杂性，发动机的转速并非保持恒定不变。因此，控制器必须尽可能的将发动机转速控制在设定的正常怠速转速值附近且波动要小(即发动机要平稳工作)。通常怠速波动情况越小，怠速转速就可以相应设定的越低。一般都是通过调节空气旁通歧管阀门开度来调整怠速转速。
6月6日～6月8日．材料整理装袋。
五、指导教师意见
年月 日
六、专业系意见
年月 日
七、学院意见
年月 日
2.采用步进电机作为怠速旁通空气量的调节机构，设计步进电机的硬件驱动电路。以转速信号和冷却水温信号作为输入量，以80C196KC单片机作为控制单元驱动步进电机。
3．设计数字式PID控制器，编制了相应的控制软件，包括上下位机程序。
四、课题进度安排
3月6日～3月17日．毕业实习阶段。
毕业实习，查阅资料，市场调查，到多个公司实践，撰写实习报告。
3、进入/退出怠速状态。这个领域的研究很少。当从很高的转速切换到设定的怠速值时，速度下降曲线过陡，会造成发动机熄火。解决方法是使速度切换变得平缓一。
二、本课题拟解决的问题
建立数学模型
设计控制器
发动机怠速平稳性分析
三、解决方案及预期效果
1．汽油机怠速工况是提高经济性和排放性能的重要工况，对怠速控制的主要目标是在尽可能低的CO和HC的排放下，保持怠速工况在较低的转速下运转平稳，因此采用调整怠速旁通空气流量的方法对怠速控制进行研究。
3月18日～3月30日．论文开题阶段。
论文总体构思方案，填写开题报告。
4月1日～5月10日．设计(论文)初稿阶段。
撰写和完成论文初稿。
5月11日～5月25日．中期检查阶段
基于PID的汽油机怠速控制策略
收 稿 日 期 ： ２ ０ — ８ ２ ０ ５０ — Ｉ
过 渡 过程 时 间 短 、控 制 精 度 高 等 要 求 。 因 此 ，要 保
证 不 同 工 况 条 件 下 车 用 汽 油 机 的 动 态 特 性 ，必 须 采
用 变 参 数 Ｐ Ｄ控 制 策 略 。 Ｉ
基 金 项 目 ：北 京 德 尔 福 技 术 开 发 有 限 公 司 和 中 国 农 业 大 学 工 学 院 汽 车 研究 基 金项 目
变 参 数 Ｐ Ｄ闭 环 控 制 逻 辑 的 怠 速 控 制 系 统 ，如 Ｉ 图 ２所 示 。 变 参 数 Ｐ Ｄ控 制 器 是 整 个 怠 速 控 制 系 统 Ｉ 的核 心 ，在 不 同 的 工 况 条 件 下 它 可 以 动 态 调 用 不 同 的 Ｐ Ｄ调 节参 数 。它 有 两 个 输 入 参 数 ， 即 当 前 的 转 Ｉ
维普资讯
２０ 年 ９ 月 ０６
农 机 化 研 究
第 ９ 期
基 于 ＰＩ 的 汽 油 机 怠 速 控 制 策 略 Ｄ
蔡 昌贵 ，韶 炯
（中 国 农 业 大 学 工 学 院 ，北 京 １ ０ ８ ０ ０ ３）
摘 要 ：汽 车用 汽 油 机 怠 速 运 行 工 况 十 分 复 杂 ，从 控 制 理 论 上 讲 ，怠 速 过 程 具 有 显 著 的 非 线 性 、 时 变性 和 不 确 定 性 ， 因 而难 以建 立 精 确 的 数 学 模 型 。 应 用 Ｐ Ｄ控 制方 法 对 汽 油 机 怠 速 进 行 了 研 究 ，此 方 法 的显 著 特 Ｉ 点 是 应 用 Ｐ Ｄ控 制 器 对 控 制 目标 建 立 数 学 模 型 。 为此 ，应 用 Ｐ Ｄ控 制 的 怠 速 实 验 结 果 与 开 环 怠 速 控 制 的 实 Ｉ Ｉ
PID控制以及汽车控制的应用
根据开环与闭环控制系统的定义，得
开环传递函数为Gc(s)G(s) 闭环特征方程为1+Gc(s)G(s)=0
闭环传递函数为Gc(s)G(s)/[1+Gc(s)G(s)]
问题的提出
质量阻尼系统 模型表示为 mv+bv=u;
此次设计中m=1000kg，b=50Ns/m u=500N 为数据源进行计算
y=u
汽车运动控制原理
PID控制器
主讲人： 杨晨 制作人：房钦钦
PID控制简介
当今的闭环自动控制技术都是基于反馈的概念以减少不确定性。反馈 理论的要素包括三个部分：测量、比较和执行。测量关心的是被控变 量的实际值，与期望值相比较，用这个偏差来纠正系统的响应，执行 调节控制。在工程实际中，应用最为广泛的调节器控制规律为比例、 积分、微分控制，简称PID控制，又称PID调节。 PID控制器（比例-积分-微分控制器）是一个在工业控制应用中常见的 反馈回路部件，由比例单元P、积分单元I和微分单元D组成。 Proportional-Integral-Differential Controller 这个理论和应用的关键是，做出正确的测量和比较后，如何才能更好 地纠正系统。
稳态误差接近零并且系统上升时间也降到 0.5s以下，虽满 足了系统要求，但现实中是不能实现的。因此，接下来运 用PI即比例积分控制器,减小系统的稳态误差。 2.闭环传递函数：v/u=（Kps+KI）/[ms2+（b+Kp)s+KI] （1）Kp=600，KI=1 kp=600;ki=1;m=1000;b=50;u=10; num=[kp ki];den=[m b+kp ki]; t=0:0.1:20;step(u * num, den, t)；axis([0 20 0 10]) （2） kp=800;ki=40;m=1000;b=50;u=10; num=[kp ki];den=[m b+kp ki]; t=0:0.1:20;step(u * num, den, t);axis([0 20 0 10])
增量式pid简单举例说明
增量式pid简单举例说明增量式PID，这个名字听起来有点高大上，但其实就是一种控制方法，简单来说，就是一种聪明的调节方式。
想象一下，你在厨房里，试图把水烧开。
你把火开到最大，结果水冒得飞起，锅也在冒烟。
再加点火，哎呀，锅子都快炸了。
这时候，你得想想办法，怎么把火调到合适的程度，让水慢慢滚开，而不是像火山爆发一样。
所以，PID就像你厨房里的火候调节器。
PID是比例积分微分的缩写。
比例就是你要根据现在的情况做出反应，水的温度不够，那就多加点火。
积分呢，就是记忆一下，过去一段时间的表现。
比如水一直没开，那你就得更用力一点。
这种积累的效果，可以让你在长时间的“奋战”中，找到一个不错的平衡点。
最后微分，哈哈，这个就像你的小心眼，提前预测一下情况，看看有没有变得太快或者太慢，从而及时调整。
这样一来，锅里的水就能在你掌控之中，稳稳地开起来。
说到增量式，简单说，就是小步快跑，慢慢来。
就像你学骑自行车，一开始你得用力蹬，但总是摔倒。
后来你找到了平衡，慢慢地加速，结果你就能飞起来一样。
在控制中，增量式PID就是让你每次调节的时候，都不是一次性的大动作，而是小小的、细腻的调整，慢慢找到那个合适的状态。
你可能会问，这样是不是效率低啊？其实不然，稳扎稳打的方式，往往能让你事半功倍，久而久之，你就能骑得又快又稳，跟着节奏走，不怕摔跤。
增量式PID特别适合那些波动比较大的情况，水温一下子升高一下子又下降的，简直就是一场大戏。
而这时候，PID就像一个聪明的导演，能把这一切安排得妥妥的。
你只需要在旁边喝茶，看看水是怎么稳稳地滚起来的。
想象一下，如果你每次都用大火，那绝对是一场“火灾现场”，可是PID调节得当，水在锅里稳稳地翻滚，气泡欢快地舞蹈，这就是完美的画面。
增量式PID就像是一种人生哲学，做事情不必急于求成。
慢慢来，细细品味，每一步都要走稳。
这就像你追梦的过程，不能一口气吃成个胖子。
你得设定目标，分阶段来，哪怕慢一点，终究能到达目的地。
PID控制及在汽车上的应用
PID控制简介
PID( Proportional Integral Derivative)控制 是最早发展起来的控制策略之一，由于其 算法简单、鲁棒性好和可靠性高，被广泛 应用于工业过程控制，尤其适用于可建立 精确数学模型的确定性控制系统。
从信号变换的角度而言，超前校正、滞后 校正、滞后－超前校正可以总结为比例、 积分、微分三种运算及其组合。
Ti 0
在控制系统中,采用积分控制器可以提高 系统的型别,消除或减小稳态误差,使系统 的稳态性能得到改善。
积分控制规律
优点：积分控制器的输出是反映的输入信 号的积累，因此可以用来消除稳态误差。
带Ｉ控制器的系统输入输出示意图
积分控制规律
缺点：积分控制器的加入会影响系统的稳 定性，使系统的稳定裕度减小。 带有I控制器的反馈控制系统:
PID 控制基本原理
时域模拟PID 控制：
PID 控制器原理
PID 控制器的数字化
基本PID 控制器的几点改进
变速积分
微分项的改进 抗饱和积分
基于响应特性的PID参数整定
响应特性飞升曲线的参数整定
发动机转速控制试验
未采用转速控制系统 采用PID转速控制系统
发动机阶跃响应曲线
谢谢观看
比例控制规律
具有比例控制规律的控制器称为比例(P)控制器,其传 递函数为:
GC(S)KP
这表明,P控制器的输入信号成比例地反映输出信号。 优点:它的作用是调整系统的开环比例系数，提高系统的 稳态精度，减低系统的惰性，加快响应速度。 缺点:仅用P控制器,过大的开环比例系数不仅会使系统的 超调量增大,而且会使系统稳定裕度变小,甚至不稳定。
三种控制作用的对比曲线
PD控制规律
PD控制的传递函数： G c(s)K p1T ds
基于增量式PID算法的循迹小车的设计与实现
基于增量式PID算法的循迹小车的设计与实现一、引言在现代自动化控制系统中，PID控制器是应用最为广泛的一种控制器。
PID控制器具有参数调节简单、性能稳定、应用广泛等特点，因此在很多领域得到了广泛的应用。
特别是在自动驾驶领域，很多循迹小车都采用PID控制算法进行路径跟踪和车辆控制。
本文将介绍一种基于增量式PID算法的循迹小车设计与实现。
文章首先介绍了PID控制算法的基本原理，然后详细讲解了增量式PID算法的设计与实现过程。
接着，介绍了循迹小车的硬件设计，包括传感器、电机和控制器等部件。
对循迹小车的实际运行效果进行了测试和分析。
二、PID控制算法的基本原理PID控制算法是一种经典的闭环控制算法，由比例（P）、积分（I）和微分（D）三个部分构成。
PID控制器的输出值由目标值与实际值之间的偏差（误差）通过比例、积分和微分三个部分得到。
比例项决定了响应速度，积分项消除稳态误差，微分项则消除振荡。
通过合理地调节PID控制器的参数，可以实现系统的快速响应和稳定性。
一般来说，循迹小车的控制系统需要根据车辆当前的位置和目标位置，计算出需要施加到车轮上的力矩或速度。
增量式PID控制算法是一种应用广泛的PID控制算法，该算法在传统PID控制算法的基础上，对输出进行增量计算，从而提高系统的稳定性和鲁棒性。
三、增量式PID算法的设计与实现增量式PID控制算法的关键是对PID控制器的输出进行增量化处理。
具体来说，需要对上一时刻的控制量和本时刻的控制量进行差值计算，得到增量，然后再加上上一时刻的控制量得到本时刻的控制量。
这样做的好处是可以减小输出波动，提高系统的稳定性。
增量式PID算法的伪代码如下：```error = setpoint - actual //计算偏差P = Kp * error //比例项I = Ki * (I + error) //积分项D = Kd * (error - pre_error) //微分项output = output + P + I + D //计算输出pre_error = error //保存上一时刻的偏差```error为当前时刻的误差，P、I和D分别为比例、积分和微分项，Kp、Ki和Kd分别为比例、积分和微分系数，output为本时刻的控制量，pre_error为上一时刻的误差。
发动机-传动电机的转速控制(BP+PID)
目录一、设计题目 (1)二、系统的工作原理 (2)三、BP神经网络 (3)3.1BP神经网络结构 (3)3.2BP网络学习算法 (4)四、基于BP神经网络的PID控制器 (6)4.1PID控制器 (6)4.2基于BP神经网络的PID控制器 (7)五、程序代码及结果分析 (10)5.1程序代码 (10)5.2仿真结果 (13)六、结论 (15)一、设计题目柴油-电力机车传动电机的转速控制柴油机有着十分广泛的用途，它可用来驱动内燃机车的传动电机，从而保证重型列车的正常运行。
但是柴油机的工作效率对转速非常敏感，因此为了提高其工作效率，应该控制传动电机的转速。
图中给出了柴油内燃机车的电力传动模型。
图1-1 转速控制模型移动输入电位计的游标，可设置控制阀的位置，从而设定传动电机的预期转速w r 。
负载转速w 0是受控变量，其实际值由测速机测量。
测速机由电机轴上的皮带驱动，其输出电压v 0是系统的反馈变量。
由于输入电位计提供了预期参考电压，由此可求得参考电压与反馈电压间的偏差为( v r - v 0 )。
放大器将偏差电压放大后，生成电压信号v f ，并用作直流发电机的线圈磁场电压。
在电力传动系统中，柴油机的输出转速恒为w q ，直流发电机由柴油机驱动，其输出电压V g 是电枢控制直流电机的驱动电压。
此外电枢控制直流电机的励磁磁场电流i 也保持恒定不变。
在上述条件下，由于V R 的作用，直流电机将产生力矩T ，并使负载转速w 0逐渐趋近于预期转速w r 。
已知：● 电机的反电动势系数为Kb ＝31/50；● 与电机有关的参数为J=1，b=1，La=0.2，Ra=1； ● 发电机有关的参数为励磁电阻Rf=1，励磁电感Lf=0.1，Lg=0.1，Rg=1；柴油机 w rv rv 0v d 常量放大器i f L f R fi a L a R a发电机电机测速机负载w 0，J ，bv fV g● 测速机增益Kt=1；●发电机常数Kg ，电机常数Km 自定；二、系统的工作原理本系统利用移动输入电位计的游标，可设置控制阀的位置，从而设定传动电机的预期转速w r ，在移动输入电位计两端加有电源，每当游标移动一定距离，电位计上输出电压也跟随变化，该变化的电压（由输入电位计提供的的预期参考电压）与电动机反馈回来的电压值v 0进行比较，得到一个电压差v r - v 0。
基于PID对柴油机怠速稳定性控制的研究与优化
基于PID对柴油机怠速稳定性控制的研究与优化
苏岩;刘忠长;郭亮;雷霆
【期刊名称】《内燃机工程》
【年(卷),期】2008(029)003
【摘要】采用PID控制方法对柴油机怠速稳定性进行了研究,得到了经典PID控制参数和起动边界条件对怠速稳定性的影响规律.设计了模糊PID控制器,通过对参数的在线整定,实现了在不同起动条件下对不同阶段怠速稳定性最佳控制.试验结果表明:在冷怠速控制中,模糊PID控制较经典PID控制有明显优势;在各种油量下起动达到目标转速后,均可在30个循环内将转速平滑过渡到目标转速,怠速波动幅值
≤±5 r/min.
【总页数】5页(P20-24)
【作者】苏岩;刘忠长;郭亮;雷霆
【作者单位】吉林大学,汽车工程学院内燃机系,长春,130025;吉林大学,汽车工程学院内燃机系,长春,130025;吉林大学,汽车工程学院内燃机系,长春,130025;吉林大学,汽车工程学院内燃机系,长春,130025
【正文语种】中文
【中图分类】TK422
【相关文献】
1.基于GA的发动机怠速PID控制优化研究 [J], 薛小兵;洪兆刚;高雪峰
2.PID控制在汽油机怠速稳定性控制中的应用研究 [J], 刘志军;黄若琼
3.4缸柴油机怠速噪声及声品质优化研究 [J], 胡国强;陈晓东;孙柏林;罗浩锋;卫海桥;刘岳文;张祚
4.基于PI的叉车用柴油机怠速响应性优化 [J], 梁成奇
5.柴油机怠速模糊PID控制的研究 [J], 谢凤;王建华;耿成俭
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基于增量PID算法的船舶主机转速控制系统的调速方法[发明专利]
![基于增量PID算法的船舶主机转速控制系统的调速方法[发明专利]](https://img.taocdn.com/s3/m/ee9521548f9951e79b89680203d8ce2f01666559.png)
专利名称：基于增量PID算法的船舶主机转速控制系统的调速方法
专利类型：发明专利
发明人：王小春,连雪海,周勇,王强,李宝健,徐斌,姚曙科,王为民,陈赟,唐文献
申请号：CN202210106729.1
申请日：20220128
公开号：CN114647184A
公开日：
20220621
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本发明公开了一种基于增量PID算法的船舶主机转速控制系统的调速方法，首先预设船舶主机转速：预设每个档位的喷油量与转速的对应值；然后确定喷油量与转速关系；最后对船舶主机转速进行调节。
本发明的船舶主机转速调速方法采用PID控制算法，PID控制算法中的微分环节可根据偏差变化速度判断船舶主机转速的变化趋势，实现对主机转速的超前调节的作用；采用PID参数自整定的方式，用于避免不同船型、不同载重所带来的影响，增加该方法的适用性；同时本发明通过设置主机转速调节触发条件，避免主机转速调节太过频繁，消除由于频繁动作所引起的震荡；并根据转速与喷油量的变化关系判断螺旋桨在海水中所处状态。
申请人：中电科(宁波)海洋电子研究院有限公司,中国船级社浙江分社,江苏科技大学
地址：315100 浙江省宁波市高新区聚贤路587弄15号2#楼033幢17-1
国籍：CN
代理机构：南京天华专利代理有限责任公司
代理人：张磊
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增量式 PID 怠速控制策略在发动机上的应用
增量式 PID 怠速控制策略在发动机上的应用熊家秦;熊锐;吴坚;陈东兴;李鑫【摘要】在传统的PID控制策略基础上，利用增量式PID控制策略对发动机的怠速控制系统进行优化，在Matlab/Simulink软件平台编写了怠速控制系统，并在AVL发动机台架进行了该控制系统的试验验证。
%Based on traditional PID control strategy , it proposes the incremental PID control strategy for the optimization of the idle speed control system in the engine .The system diagram of the idle speed con-trol strategy was composed on the Matlab/Simulink software platform , and the control system was checked in the AVL engine bench test .【期刊名称】《广东工业大学学报》【年(卷),期】2013(000)003【总页数】4页(P109-111,117)【关键词】发动机;增量式PID;AVL电涡流测功机;怠速控制【作者】熊家秦;熊锐;吴坚;陈东兴;李鑫【作者单位】广东工业大学机电工程学院，广东广州，510006;广东工业大学机电工程学院，广东广州，510006;广东工业大学机电工程学院，广东广州，510006; 广州汽车集团股份有限公司汽车工程研究院，广东广州510640;广东工业大学机电工程学院，广东广州，510006;广东工业大学机电工程学院，广东广州，510006【正文语种】中文【中图分类】TK413发动机的怠速转速过高时会增大油耗率，过低时则会使CO 和HC 的排放浓度增加［1-3］.随着城市道路愈渐复杂，怠速工况在车辆行驶中的比重加大，对发动机怠速控制的优劣是影响发动机的排放性能和燃油经济性水平最重要的环节［4-6］. 本文分析了传统PID(Proportion-Integration-Differentiation，比例－积分－微分)怠速控制策略的优势，在此基础上，引进了增量式PID 控制策略，并应用于某型发动机.1 发动机怠速控制数学模型选用某型发动机建立模型，发动机的基本参数如表1所示，且其怠速控制执行机构为节气门体.表1 发动机的基本参数Tab.1 The basic parameters of the engine型式缸径D×冲程S/(mm×mm)排量/L压缩比燃油供给方式额定功率/kW最大扭矩/(N·m)直列四缸、四冲程、水冷汽油机82 ×82.91.7479.5∶1多点电喷、进气歧管内喷射126(5 250 r/min) 230(4 500 r/min)1.1 进气歧管数学模型进入气缸的空气流量取决于进气歧管与气缸内的压力差，喷油量需根据实际进入气缸内的空气流量来调节［7-8］.建立进气歧管模型时作出如下假设:(1)不考虑进气歧管与气缸内的压力差的波动;(2)节气门和进气歧管处的压力相等;(3)汽油机的热辐射与燃油蒸发所需的热量相等.根据能量守恒定律，由比内能和比焓定义可得进气歧管内空气流量方程［9］式中，mm 为进气歧管内空气质量;mac，in为进入歧管的混合气流量;mac为进入气缸的混合气流量;um 为进气歧管内空气的比热能;uin为进气歧管内空气混合气比热能;uac为进入气缸混合气比内能;pm 为进气管内压力;pc 为气缸内压力;Vin 为进入进气歧管的工质体积;Vac为进入气缸的工质体积.由比定容热容cv=∂u/∂v、比定压热容cp=∂h/∂v以及空气密度ρ=m/v 的公式，由(1)式整理可得［10］式中，Vm 为进气歧管内空气体积;va 为进气歧管温度;vm 为气缸内温度.引入等熵指数κ=cp/cv 和理想气体的状态方程pV=mRv，根据(2)式可得进气歧管压力的导数［10］式中，R 为气体常数.考虑到进入气缸内的进气质量的动态响应远快于进气歧管压力的动态响应［11］，故只需考虑进入气缸内的空气质量的稳态特性，因此可得进气歧管压力的导数为式中，τ 为积分常数，为mac，air的稳态特性的MAP 图.1.2 燃油控制数学模型借鉴文献［12］，建立燃油喷射过程的动力学模型:式中，˙mft为进入燃烧室的燃油质量流量率;˙mfc为可支配燃油质量流量率;τ f为有效进油时间常数，τ f=其中，β 为期望空燃比，MAX为常量，ωe 为发动机角速度.1.3 怠速控制的控制对象模型将指示扭矩与进气歧管压力和汽油机转速的稳定关系用非线性MAP 图来表示，该非线性MAP 图可通过汽油机全工况点的试验测得［13］，其动态特性可分别用一阶延迟时间T1，e和滞后时间Td，e来表示:由曲轴的力矩平衡方程，可得式中，J 为发动机的转动惯量的范围，一般J=0.15 ～0.30 kg·m2;Tcomb为指示扭矩;Tload为负荷扭矩.整理(7)式，可得式中，n0 为发动机最高转速;T0 为发动机最大扭矩.2 怠速控制器策略及分析PID 控制由于无需精确的发动机模型，实现简单，参数整定方便，结构更改灵活，在目前得到了广泛应用.增量式PID 控制器不仅继承了传统PID 控制器的优点，还克服了传统PID 控制器抗干扰能力差，计算繁琐，容易造成误差叠加等缺点. 2.1 增量式PID控制策略理想的连续PID 控制器［14-15］表达式为式中，kp 为比例系数;ti 为积分时间;td为微分时间.传统PID 怠速控制原理如图1所示.图1 传统PID 怠速控制策略Fig.1 Traditional PID idle control strategy假定控制系统采样时间为ts，则式(9)可以离散化为式中，k 为采样序号;u0 为开始进行PID 控制时节气门初始位置;ne(k)为当前转速;ne(k －1)为上时刻转速;ne(j)为历次转速.根据(10)式，可得增量式数字PID 表达式为式中，q0、q1、q2 均为控制系统常数，q0=根据发动机怠速控制的数学模型和增量式PID控制器，在Matlab/Simulink 当中建立增量式PID 控制框图，如图2所示.图2 增量式PID 怠速控制策略Fig.2 Incremental PID idle control strategy 2.2 试验与分析根据怠速控制系统的建模，并应用于试验发动机上，在AVL 试验台架上进行怠速标定，并利用燃烧分析仪测得工况650 ～850 r/min 怠速转速工况下的缸内平均指示压力变动系数(Coefficient of Variation，COV)，同时用排放测试仪测得排放的相关数据.每个试验工况间隔50 r/min.COV 表示缸内的循环变动，COV 值越低则表征缸内的燃烧稳定性越好，理论上要求发动机怠速时COV 值应小于20%.由发动机的稳定性试验，获得COV 值的变化如图3所示.由图3 可知，在750 ～850 r/min 时，COV值低于20%，因此可以判断此汽油机的怠速稳定区间是［750，850］.在怠速稳定性试验的基础上进行排放试验.通过测试排放气体中的CO、NOx、含氧量和HC 的含量，获得相关的排放数据，如表2所示.图3 COV 变化图Fig.3 The picture of the COV表2 排放数据Tab.2 The emission datan/(r·min －1)T/(N·m)w(CO)/%w(NOx)/10 －6 w(O2)/%w(HC)/10－67005.50.8001660.262 272 7505.40.7491790.342 837 8005.60.6781760.282 819 8505.80.7281950.392 898从表2 可知，在同一负荷下，800 r/min 时排气中的CO 含量最低，NOx、O2 和HC 的排放量仅高于700 r/min.考虑到转速越高时油耗相对越高，综合怠速稳定性和排放控制两方面的因素，选择目标怠速为800 r/min.结合采用传统PID 怠速控制系统同型发动机四缸平均COV 值，与增量式PID 控制怠速控制系统四缸平均COV 值相比较，见图4.图4 传统PID 与增量式PID 怠速控制系统COV 值的比较Fig.4 Comparison of COV value between traditional PID and incremental PID idle speed control system根据图4 可知，相较于传统的PID 控制，增量式PID 控制改善了怠速的稳定性.3 结束语本研究表明增量式PID 控制算法实现速度快，具有自我抗干扰能力，改善了怠速的稳定性;此怠速控制策略可以满足实际车用发动机控制系统的要求.参考文献:［1］Thornhill M，Thonmpson S，Sindano H.A comparison of idle speed control schemes［J］.Control Engineering Practice.2000，8(5):519-530. ［2］孟庆和，谭德荣.电喷发动机怠速控制算法与仿真［J］.农业装备与车辆工程，2006(9):39-42.Meng Qing-he，Tan De-rong.Idle control speed methodand simulation for electronic control engine［J］.Agricultural E-quipment＆ Vehicle Engineering，2006(9):39-42.［3］Ghaffari A，Shamekhi A H，Saki A，et al.Adaptive fuzzy control forair-fuel ratio of automobile spark ignition engine［J］.World Academy of Science，Engineering Technology，2008(24):284-292.［4］秦涛.电控分配泵柴油机怠速控制系统的开发及试验研究［D］.长春:吉林大学，2008.［5］邹华.电控汽油机控制策略分析与研究［R］.武汉:武汉理工大学，2005. ［6］潘旭峰.现代汽车电子技术［M］.北京:北京理工大学出版社，1998.［7］肖永清.车用汽油发动机的怠速与节油［J］.汽车研究与开发，1999(4):52-53.Xiao Yong-qing.Vehicle gasoline engine idle speed and fuel economy ［J］.Research and Development of Vehicle，1999(4):52-53.［8］Teruji Sekozawa，Tohru Watanabe.Model-based Idle Speed Control System for an Automobile Engine using an Electric Throttle System ［R］.Spain:3rd WSEAS International Conference on Applied and Theoretical Mechantic，2007.［9］李飞鹏.内燃机构造与原理［M］.北京:中国铁道出版社，2006.［10］Kiencke U，Nielsen L.Automative control systems for engine，driveline and vehicle［M］.Beijing:Higher education press，2005.［11］冯崇毅，鲁植雄，何丹娅.汽车电子控制技术［M］.北京:人民交通出版社，2005.［12］李国勇.智能控制与Matlab 在电控发动机中的应用［M］.北京:电子工业出版社，2007.［13］蔡昌贵，黄韶炯.基于PID 的汽油机怠速控制策略［J］.农机化研究，2006(9):144-146.Cai Chang-gui，Huang Shao-jiong.Base on PID Gasoline engine idle control strategy［J］.Journal of Agricultural Mechanization Research，2006(9):144-146.［14］朴明姬.汽油发动机怠速控制方法研究［D］.哈尔滨:哈尔滨工业大学，2008.［15］姚栋伟，吴锋，杨志家，等.基于增量式数字PID 的汽油机怠速控制研究［J］.浙江大学学报:自然科学版，2010，44(6):1122-1124.Yao Dong-wei，WuFeng，Yang Zhi-jia，et al.Design of idle speed controller for an SI engine based on incremental digital PID［J］.Journal of Zhejiang University:Natural Science Edition，2010，44(6):1122-1124.。
基于HPSO的PID算法在汽油机怠速控制中的应用
基于HPSO的PID算法在汽油机怠速控制中的应用王勇;张国友;田丽;陈勇【摘要】在怠速控制系统中,PID控制器的参数整定直接影响到控制效果;介于标准粒子群算法的不足,采用混合粒子群算法对PID控制器的参数进行离线整定,并基于MATLAB软件进行仿真实验;实验结果表明:混合粒子群的寻优精度优于遗传算法和标准粒子群算法,且具有良好的收敛速度.【期刊名称】《重庆工商大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2014(031)008【总页数】6页(P51-56)【关键词】怠速控制;PID控制;混合粒子群算法【作者】王勇;张国友;田丽;陈勇【作者单位】安徽工程大学电气工程学院,安徽芜湖241000;安徽工程大学电气工程学院,安徽芜湖241000;安徽工程大学电气工程学院,安徽芜湖241000;安徽工程大学电气工程学院,安徽芜湖241000【正文语种】中文【中图分类】TP29汽油发动机的怠速工况指的是油门踏板完全松开，发动机无需输出功率驱使车轮转动，只需要维持自身低速运转，并输出少量功率维持车载用电器的正常运行的工况。
汽车在交通密度大的城市道路上行驶时，怠速运转时间占1/3，怠速排放CO和HC约占总排放量的70%左右，怠速耗油量约占总油耗的30%[1]。
怠速控制是使发动机在低排放下以最低可能的稳定转速(目标怠速)运行，以降低油耗，是发动机控制的重要内容[2]。
空调、助力转向系统、音响设备等各种车载用电器的开通和关断，会造化发动机负载的变化。
这些随机负载的加入给发动机怠速工况的控制带来了很大的难度。
因此控制策略的选择对发动机怠速工况显得尤为重要。
针对汽车怠速工况的特点，目前国内外学者采用的控制策略大体上可以分为两类，一类是基于精确数学模型的控制方法，如最优控制、鲁棒控制、滑膜变结构控制，这一类控制策略的控制效果很大程度上取决于被控对象的数学模型的精确程度；另一类是基于被控对象外特性建模的控制方法，如PID控制、模糊控制。
基于PID的汽油机怠速控制策略
基于PID的汽油机怠速控制策略
蔡昌贵;黄韶炯
【期刊名称】《农机化研究》
【年(卷),期】2006(000)009
【摘要】汽车用汽油机怠速运行工况十分复杂,从控制理论上讲,怠速过程具有显著的非线性、时变性和不确定性,因而难以建立精确的数学模型.应用PID控制方法对汽油机怠速进行了研究,此方法的显著特点是应用PID控制器对控制目标建立数学模型.为此,应用PID控制的怠速实验结果与开环怠速控制的实验结果进行了对比.结果表明,怠速PID控制方法应用于车用汽油机怠速控制是可行的,而且比开环控制更加有效,并在目前电控汽油机上得到了实际验证.
【总页数】3页(P144-146)
【作者】蔡昌贵;黄韶炯
【作者单位】中国农业大学,工学院,北京,100083;中国农业大学,工学院,北
京,100083
【正文语种】中文
【中图分类】TK4
【相关文献】
1.基于Fuzzy - PID汽油机怠速控制器的设计 [J], 刘春艳;钮王杰;闫池
2.基于增量式数字PID的汽油机怠速控制研究 [J], 姚栋伟;吴锋;杨志家;俞小莉
3.基于模糊神经网络整定的汽油机怠速PID控制 [J], 廉美琳;陈泽宇;顾志华;徐晓
慧;张金龙
4.基于模型的怠速空燃比PID控制策略的研究 [J], 张军;刘一鸣;吕春天
5.基于HPSO的PID算法在汽油机怠速控制中的应用 [J], 王勇;张国友;田丽;陈勇因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
增量式PID控制在电子节气门控制系统中应用研究
增量式PID控制在电子节气门控制系统中应用研究
宛传平;李慧
【期刊名称】《中国农机化》
【年(卷),期】2010()3
【摘要】主要介绍电子节气门结构,电子节气门的控制理轮,比较了电子节气门控制系统采用传统的PID控制算法与增量式PID控制算法的控制精确性。
用增量式PID控制系统进行电子节气门控制研究的结果表明,增量式PID控制电子节气门的超调量较小,具有性能稳定、稳态误差小、跟踪效果好、动静态性能好、抗干扰能力强和可靠性高等优点,该控制系统不失为一种理想的控制方案。
【总页数】4页(P84-86)
【关键词】电子节气门;增量式PID控制系统;应用
【作者】宛传平;李慧
【作者单位】安徽科技学院
【正文语种】中文
【中图分类】TP1
【相关文献】
1.浅谈增量式模糊PID控制在热网控制中的应用 [J], 李兰
2.带死区的增量式PID控制在湿度控制中的应用 [J], 汪英
3.增量式PID控制在连续加工精度控制中的应用 [J], 刘国平;沈南燕;喻志响
4.模糊PID控制在梭式窑控制系统中的应用研究 [J], 刘海芳;赵方
5.增量式PID控制在全钢内衬层生产线中的应用 [J], 吴斌;刘晶;方秀华
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２ ０ １ ３年 ９月
广 东工业 大学 学报
Ｊ ｏ ｕ ｒ ｎ ａ ｌ ｏ ｆ Ｇｕ ａ ｎ ｇ ｄ ｏ ｎ ｇ Ｕｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ ｏ ｆ Ｔｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ
Ｖｏ １ ． ３ ０ Ｎｏ． ３
Ｓ ｅ ｐ ｔ ｅ ｍｂ ｅ ｒ ２ ０１ ３
势， 在 此基 础 上 ， 引进 了增 量 式 Ｐ Ｉ Ｄ控制 策略 ， 并 应
用 于某 型发 动机 ．
１ 发 动 机 怠 速 控 制数 学 模 型
选用 某 型发 动机 建 立 模 型 ， 发 动 机 的基 本 参 数 如表 １ 所示 ， 且其 怠速 控制 执行 机构 为节 气 门体 ．
２ ．Ａ ｕ ｔ ｏ ｍ ｏ ｔ ｉ ｖ ｅ Ｅ ｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ｅ ｒ ｉ ｎ ｇ Ｉ ｎ ｓ ｔ ｉ ｔ ｕ ｔ ｅ ，Ｇ Ａ Ｃ， Ｇ ｕ ａ ｎ ｇ ｚ ｈ ｏ ｕ ５ １ ０ ６ ４ ０ ，Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ）
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ｄ ｏ ｉ ： １ ０ ． ３ ９ ６ ９ ／ ｊ ． ｉ ｓ ｓ ｎ ． １ ０ ０ ７ — ７ １ ６ ２ ． ２ ０ １ ３ ． ０ ３ ． ０ ２ １
增量式 Ｐ Ｉ Ｄ怠 速 控 制策 略在 发 动 机 上 的应 用
熊家秦 ， 熊 锐 ， 吴 坚 一 ， 陈东兴 ， 李 鑫
和燃 油经 济性 水平 最 重要 的环 节 Ｊ ．
本文 分析 了传 统 Ｐ Ｉ Ｄ（ Ｐ ｒ ｏ ｐ ｏ ｒ ｔ ｉ ｏ ｎ － Ｉ ｎ ｔ ｅ ｇ ｒ ａ ｔ ｒ ｅ ｎ ｔ ｉ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ， 比例 一积 分 一微 分 ） 怠 速 控 制 策 略 的优
（ １ ． 广东工业大学 机电工程学院 ， 广东 广 州 ， ５ １ ０ ０ ０ ６ ； ２ ． 广州汽车集 团股份有 限公 司 汽 车工程研 究院 ， 广东 广州 ５ １ ０ ６ ４ ０ ）
摘要： 在传统 的 Ｐ Ｉ Ｄ控制策略基 础上 ， 利 用增 量式 Ｐ Ｉ Ｄ控 制策 略对 发动机 的怠速 控制 系统 进行 优化 ， 在 Ｍ ａ ｔ ｌ ａ ｂ ／
Ｔｈｅ Ａｐｐｌ ｉ ｃ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ Ｉ ｄ ｌ ｅ Ｓｐ ｅ ｅ ｄ Ｃｏ ｎ ｔ ｒ ｏ ｌ Ｓｔ ｒ ａ ｔ ｅ ｇ ｙ ｆ ｏ ｒ
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Ｓ ｉ ｍ ｕ ｌ ｉ ｎ ｋ软件平 台编写 了怠速控制系统 ， 并在 Ａ Ｖ Ｌ发动机 台架进行 了该控制 系统 的试验 验证 ． 关键词 ： 发动机 ； 增量式 Ｐ Ｉ Ｄ； Ａ Ｖ Ｌ电涡流测功机 ； 怠速控制
中 图分 类 号 ： Ｔ Ｋ ４ １ ３ 文献标志码 ： Ａ 文 章 编 号 ：１ ０ ０ ７ － ７ １ ６ ２ ｆ ２ ０ １ ３ ） ０ ３ ． ０ １ ０ ９ ． ０ ４
发 动机 的 怠速 转 速 过 高 时 会 增 大 油 耗 率 ， 过 低 时则 会 使 Ｃ Ｏ和 ＨＣ的排 放 浓 度增 加 １ － ３ ］ ． 随 着 城 市 道路 愈 渐复 杂 ， 怠速工 况 在车辆 行驶 中的 比重 加 大 ，
对发 动机 怠速 控 制 的优 劣 是影 响发 动机 的排 放 性 能
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