申请/专利权人：东北大学

申请日：2022-06-30

公开（公告）日：2024-03-26

公开（公告）号：CN115163316B

主分类号：F02D41/00

分类号：F02D41/00;F02D41/14;F02D11/10

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.03.26#授权;2022.10.28#实质审查的生效;2022.10.11#公开

摘要：本发明一种基于信号补偿控制器的电子节气门控制系统，包括：采集节气门阀的转动角度的节气门阀位置传感器；接收节气门阀位置传感器传送的节气门阀的转动角度，与节气门阀期望的转动角度相比较，得到气门阀的位置偏差，根据节气门阀的位置偏差，输出控制信号I的信号补偿控制器；接收信号补偿控制器传送的控制信号，输出控制信号II的PWM电路；接收PWM电路输出控制信号II，驱动电机改变转速进行转动、输出动能；接收电机输出的动能，进行转动，输出转动信号的齿轮组；接收齿轮组输出的转动信号，克服复位的复位弹簧；复位弹簧输出扭矩信号调节节气门阀的转动角度，本方法可以实现快速准确的控制节气门的开度变化，加快电子节气门系统响应速度。

主权项：1.一种基于信号补偿控制器的电子节气门控制系统，其特征在于：包括：采集节气门阀的转动角度的节气门阀位置传感器；接收所述节气门阀位置传感器传送的节气门阀的转动角度，与所述节气门阀期望的转动角度相比较，得到气门阀的位置偏差，根据节气门阀的位置偏差，输出控制信号I的信号补偿控制器；接收所述信号补偿控制器传送的控制信号，输出控制信号II的PWM电路；接收所述PWM电路输出控制信号II，驱动电机改变转速进行转动、输出动能；接收所述电机输出的动能，进行转动，输出转动信号的齿轮组；接收所述齿轮组输出的转动信号，克服复位弹簧扭矩；所述复位弹簧输出扭矩信号调节节气门阀的转动角度；所述节气门系统数学模型如下： 其中：ktf为库伦摩擦力系数，n为减速齿轮组的传动比，kpre为复位弹簧预紧力矩系数，θ为节气门旋转角度，Jm为电机转动惯量，ksp为复位弹簧弹性系数，θ0为节气门默认开度，Jg为节气门挡板转轴的转动惯量，ktf为库伦摩擦力系数，kf为粘性摩擦力系数，km为电机轴阻尼系数，kt为电机扭矩常数，Ra为电枢回路的总电阻；Ea为电机输入电压，kb为电机反向电动势常数，Td为空气流量负载扰动；所述节气门系统数学模型的构建过程如下：步骤1.1：建立驱动电机的数学模型；根据电学基本定律基尔霍夫定律，列出电子节气门的驱动电机回路方程为： 式中Ra为电枢回路的总电阻；La为电枢回路总电感；ia为电枢电流；Ea为电机输入电压；Vb为电机反向电动势；根据电磁感应定律得Vb： 其中：kb为电机反向电动势常数；θm为电机转子旋转角度；由转矩公式得电机电流ia： 其中：kt为电机扭矩常数；Tm为电机转矩；将式3代入2得： 电枢电流的动态特性为： 根据牛顿第二定律角动量原理，电机旋转角θm的动力学方程为： 其中：Jm为电机转动惯量；km为电机轴阻尼系数；TL为负载扭矩，即电机输出扭矩；步骤1.2：建立复位弹簧模型；复位弹簧的数学表达式为：Tsp＝kspθ-θ0+kpresgnθ-θ07 其中Tsp为节气门复位弹簧扭矩；ksp为复位弹簧弹性系数；θ为节气门旋转角度；θ0为节气门默认开度；kpre为复位弹簧预紧力矩系数；步骤1.3：建立减速齿轮组数学模型；忽略减速齿轮间隙的影响，节气门减速齿轮组的传动比为： 其中：n为减速齿轮组的传动比；Tg为节气门阀片轴上的作用扭矩；将公式4和7代入10中得到Tg为： 步骤1.4：建立摩擦扭矩数学模型；阀片在转动中会受到各种阻碍其运动的摩擦力的影响，其中影响最大的是粘性摩擦力和库仑摩擦力，其总摩擦力扭矩公式为： 其中：Ttf为节气门总摩擦力扭矩；ktf为库伦摩擦力系数；kf为粘性摩擦力系数；步骤1.5：建立节气门系统数学模型；根据牛顿第二定律角动量守恒原理，节气门阀片旋转角度θ为： 其中：Jg为节气门挡板转轴的转动惯量；Td为空气流量负载扰动；将公式8、11和12代入公式13中整理合并得： 其中：表示节气门的角加速度；将系统模型简化为公式14形式，由线性部分和非线性部分组成：Az-1yk+1＝Bz-1uk+vk14其中：yk+1表示节气门角度θ的离散形式，uk表示系统输入电压Ea的离散形式，并且多项式Az-1＝1+a1z-1+a2z-2，Bz-1＝b1z-1，系数a1、a2、b1都是节气门系统参数，z-1代表一步时滞因子，系统的未知项表示为vk＝vk-1+Δvk，由上一时刻系统未知项和未知项变化量组成；由公式14可得所示：vk-1＝yk+a1z-1+a2z-2yk-Bz-1uk-115＝yk-y*k其中：y*k＝-a1+a2z-1yk-1+Bz-1uk-1，y*k为控制器驱动模型；所述信号补偿控制器的表达式如下：uk＝u1k+u2k+u3k16其中：u1k是传统PID控制信号的输出用于控制系统的线性部分，u2k是高阶非线性动态补偿器，所述高阶非线性动态补偿器u2k用于消除上一时刻非线性项vk-1的补偿信号，u3k是高阶非线性动态增量控制信号，u3k用于消除非线性动态增量Δvk的控制信号；所述高阶非线性动态增量控制信号u3k的表达式如下： 其中：ek是跟踪误差，ek＝yrk-yk。

全文数据：

权利要求：

百度查询： 东北大学 一种基于信号补偿控制器的电子节气门控制系统

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