基于改进模糊PID算法的空燃比控制策略研究摘要：对发动机瞬态工况空燃比进行控制时，由于单缸汽油机本身固有的非线性和时滞环节，传统PID控制很难取得满意的效果，本文构造了一种带动态补偿的模糊PID控制器.首先搭建了单缸机仿真模型，并将模糊PID控制算法应用于空燃比控制中，以适应系统的非线性；然后针对单缸机系统中固有的时滞环节提出一种动态时滞补偿器，以降低时滞环节对系统的影响；再将该时滞补偿器耦合于模糊PID控制器中，应用于单缸机瞬态工况下的空燃比控制.仿真结果表明，改进的模糊PID控制器不仅能补偿系统中时滞环节带来的非最小相位影响，而且能很好地适应发动机系统的非线性特征，从而使控制系统的稳定性、准确性、快速性均得到了很大的改善.关键词：空燃比控制；时滞补偿器；非最小相位特性；模糊控制：TK464文献标识码：A节能减排是目前的世界性难题，大量研究表明，对于汽油发动机，当空燃比处于理论空燃比（λ=14.7）附近时，三效催化剂的转化效率达到最高，排放性最好，且此时发动机具有较好的燃油经济性＼[1-5＼].为了使空燃比保持在理论空燃比附近波动，汽车发动机均已采用电喷系统进行空燃比闭环控制，而摩托车用单缸汽油机目前仍多采用化油器式发动机，相比于电喷发动机，其燃油经济性和排放性均较差.然而随着摩托车保有量的增加，其对环境和能源造成的压力越来越大，对摩托车发动机采用电喷系统，从而实现空燃比闭环控制也显得越来越重要.空燃比闭环控制系统设计的主要难点＼[6＼]在于：1）发动机系统是一种复杂的非线性系统，而经典PID控制为比例、积分、微分三个环节的线性组合，使得使用经典PID控制时，很难对复杂的非线性系统取得良好的控制效果；2）发动机燃烧过程中存在废气传输和氧传感器反应等延时，这相当于在空燃比闭环控制系统中引入一个时滞环节，使系统表现出非最小相位特性，降低系统的相角裕度，使系统趋向于不稳定的状态.针对系统中的非线性与时滞问题，国内外已经有很多学者进行过相关方面的研究.文献[7，8]采用了基于模型的设计方法，该方法的控制效果严重依赖于发动机模型精度，适应性较差.文献[9-12]针对系统的时变时滞环节，提出了一种动态滤波补偿器，但其仍使用传统PID进行控制，不能很好地适应发动机系统的非线性.本文以某款125cc化油器式单缸发动机为研究对象，建立平均值模型，对发动机瞬态工况下的空燃比控制策略进行研究.针对传统PID控制方法不能很好适应发动机系统时滞环节和非线性等缺点，提出一种带动态时滞补偿器的模糊PID控制策略，使控制器不仅能够对系统的时滞进行补偿，而且能够很好地适应发动机的非线性特性.1发动机模型的建立为了便于仿真和控制器设计，需要对发动机建立仿真模型.目前应用最广泛的两类发动机模型为计算流体力学模型和平均值模型.计算流体力学模型能详尽地描述发动机流体力学特性，模型精度较高，但是建模过程很复杂，且计算量很大，很难满足控制系统的实时性的要求.而发动机平均值模型忽略了不同曲轴转角所对应的发动机状态，对发动机的单个工作循环进行研究，它对发动机的稳态和瞬态工况均能很好地描述，且模型精度能够满足控制要求.由于平均值模型具有表达形式简单，计算量小，实时性好的优点，被广泛应用于实时性要求较高的控制系统开发中.本文以某款125cc单缸机为研究对象，依据试验数据建立了发动机仿真模型如图1所示，包括充气效率模型、燃油喷射模型、动力输出模型等，并根据单缸发动机的特点对进气波动、油膜蒸发等进行了改进.该模型与实验数据进行了对比，验证了其可靠性，可以用于下一步控制及仿真.1发动机模型的建立为了便于仿真和控制器设计，需要对发动机建立仿真模型.目前应用最广泛的两类发动机模型为计算流体力学模型和平均值模型.计算流体力学模型能详尽地描述发动机流体力学特性，模型精度较高，但是建模过程很复杂，且计算量很大，很难满足控制系统的实时性的要求.而发动机平均值模型忽略了不同曲轴转角所对应的发动机状态，对发动机的单个工作循环进行研究，它对发动机的稳态和瞬态工况均能很好地描述，且模型精度能够满足控制要求.由于平均值模型具有表达形式简单，计算量...