基于自适应模糊技术的电子节气门控制方法、系统及车辆.pdf

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1、(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201911368234.0 (22)申请日 2019.12.26 (71)申请人 山东大学 地址 250061 山东省济南市历下区经十路 17923号 (72)发明人 孙波刘一鸣陈晶张承慧 (74)专利代理机构 济南圣达知识产权代理有限 公司 37221 代理人 李琳 (51)Int.Cl. F02D 41/00(2006.01) F02D 41/14(2006.01) F02D 11/10(2006.01) (54)发明名称 基于自适应模糊技术的电子节气门控制方 法、 系统及。

2、车辆 (57)摘要 本公开提供了一种基于自适应模糊技术的 电子节气门控制方法、 系统及车辆， 构建电子节 气门系统数学模型， 采用自适应算法设计电子节 气门系统的自适应控制器； 构建跟踪误差系统， 以系统的跟踪误差和跟踪误差的导数作为模糊 控制器的输入量， 采用模糊控制算法选取合适的 第一控制参数和第二控制参数； 自适应控制器根 据模糊控制器输出的第一控制参数和第二控制 参数， 计算电子节气门的最佳控制电压， 进而输 出电子节气门理想的输出角度； 本公开可以在系 统的运行过程中对自适应控制器的参数实时调 节， 减小了电子节气门参数不确定性和节气门控 制系统的非线性特性对电子节气门控制带来的 影。

3、响， 并且具有控制精度高、 响应速度快的特点。 权利要求书2页 说明书7页 附图1页 CN 111058952 A 2020.04.24 CN 111058952 A 1.一种基于自适应模糊技术的电子节气门控制方法， 其特征在于， 包括以下步骤： 构建电子节气门系统数学模型， 得到电子节气门系统的状态空间表达式； 构建第一误差变量和第二误差变量， 采用自适应算法设计电子节气门系统的自适应控 制器， 得到自适应控制器的最佳控制电压的控制律； 构建跟踪误差系统， 对第一误差变量和第二误差变量进行处理后得到电子节气门跟踪 误差系统状态空间表达式， 得到自适应控制器的第一控制参数和第二控制参数与系统跟。

4、踪 误差的关系； 获取电子节气门的预设开度和实时开度， 以系统的跟踪误差和跟踪误差的导数作为模 糊控制器的输入量， 采用模糊控制算法选取合适的第一控制参数和第二控制参数； 自适应控制器根据模糊控制器输出的第一控制参数和第二控制参数， 计算电子节气门 的最佳控制电压， 进而输出电子节气门理想的输出角度。 2.如权利要求1所述的基于自适应模糊技术的电子节气门控制方法， 其特征在于， 所述 电子节气门系统数学模型， 具体为： yx1 其 中 ， J n 2 Jm+ Jg和 B n 2 Bm+ Bt分 别 是 等 效 总 惯 量 和 阻 尼 常 数 ， 是节气门阀片的旋转角， ksp是复位弹簧的弹性系。

5、数， n为减速齿轮的理想传动比， Ra是驱动电机的内阻， u是驱动电机 的输入电压， Jm是驱动电机的转动惯量， Jg是节气门挡板转轴的转动惯量， Bm是驱动电机的 阻尼系数， Bt是节气门的阻尼系数， kb是驱动电机的反电动势常数， kt是驱动电机的扭矩常 数， 0是门体阀片的初始开度， Fs是库仑摩擦系数， kpre是复位弹簧的预紧力系数。 3.如权利要求2所述的基于自适应模糊技术的电子节气门控制方法， 其特征在于， 所述 第一误差变量， 具体为： 1x1-yr 其中， yr是待跟踪的节气门开度。 4.如权利要求2所述的基于自适应模糊技术的电子节气门控制方法， 其特征在于， 所述 第二误差。

6、变量， 具体为： 其中， k1是正常数。 5.如权利要求2所述的基于自适应模糊技术的电子节气门控制方法， 其特征在于， 所述 自适应控制器的最佳控制电压的控制律， 具体为： 其中， k1和k2是正常数。 权利要求书 1/2 页 2 CN 111058952 A 2 6.如权利要求1所述的基于自适应模糊技术的电子节气门控制方法， 其特征在于， 系统 跟踪误差的衰减速度与第一控制参数的选取有关， 当第一控制参数值越大， 衰减速度也就 越快； 系统的跟踪静差与第二控制参数的选取有关， 当第二控制参数值越大， 跟踪静差也就 越小。 7.如权利要求1所述的基于自适应模糊技术的电子节气门控制方法， 其特征。

7、在于， 采用 模糊控制算法选取合适的第一控制参数和第二控制参数， 具体为： 定义系统的跟踪误差和跟踪误差的导数的模糊集合； 采用三角形隶属度函数法将输入量和输出量参数进行模糊化； 制定模糊规则， 进行模糊推理； 利用平均加权法进行解模糊处理， 输出自适应控制器的第一控制参数和第二控制参 数。 8.一种基于自适应模糊技术的电子节气门控制系统， 其特征在于， 包括： 模型构建模块， 被配置为： 构建电子节气门系统数学模型， 得到电子节气门系统的状态 空间表达式； 自适应控制器构建模块， 被配置为： 构建第一误差变量和第二误差变量， 采用自适应算 法设计电子节气门系统的自适应控制器， 得到自适应控制。

8、器的最佳控制电压的控制律； 跟踪误差系统构建模块， 被配置为： 构建跟踪误差系统， 对第一误差变量和第二误差变 量进行处理后得到电子节气门跟踪误差系统状态空间表达式， 得到自适应控制器的第一控 制参数和第二控制参数与系统跟踪误差的关系； 模糊计算模块， 被配置为： 获取电子节气门的预设开度和实时开度， 以系统的跟踪误差 和跟踪误差的导数作为模糊控制器的输入量， 采用模糊控制算法选取合适的第一控制参数 和第二控制参数； 控制参数计算和输出模块， 被配置为： 自适应控制器根据模糊控制器输出的第一控制 参数和第二控制参数， 计算电子节气门的最佳控制电压， 进而输出电子节气门理想的输出 角度。 9.一。

9、种电子设备， 其特征在于， 包括权利要求8所述的基于自适应模糊技术的电子节气 门控制系统。 10.一种车辆， 其特征在于， 包括权利要求8所述的基于自适应模糊技术的电子节气门 控制系统。 权利要求书 2/2 页 3 CN 111058952 A 3 基于自适应模糊技术的电子节气门控制方法、 系统及车辆 技术领域 0001 本公开涉及电子节气门控制技术领域， 特别涉及一种基于自适应模糊技术的电子 节气门控制方法、 系统及车辆。 背景技术 0002 本部分的陈述仅仅是提供了与本公开相关的背景技术， 并不必然构成现有技术。 0003 电子节气门是控制空气进入发动机的一道可控阀门， 由直流电机、 位置。

10、传感器、 复 位弹簧、 阀片等构成， 空气进入进气管后会和汽油混合成可燃混合气， 从而燃烧做功。 因此， 电子节气门的性能决定了发动机扭矩的响应和燃油/空气(F/A)比的精度。 电子节气门的控 制效果直接影响发动机的动力性、 经济性和排放， 所以节气门控制的稳定性和精确性对于 发动机的平稳运行和生态环境的保护至关重要。 0004 本公开发明人经检索发现， 中国发明专利CN101408133A 一种发动机电子节气门 的控制方法 采用PID控制的方法控制电子节气门的阀片开度， 实现了电子节气门阀片运行 的快速和平稳。 但是， 这种方法的控制精度不高。 中国发明专利CN109184925A 基于自适。

11、应 积分终端滑模技术的电子节气门控制方法 通过不确定性观测器自适应积分终端滑模控制 算法得到节气门的最佳输出角度， 提高了电子节气门的控制精度。 中国发明专利 CN107701315A 基于自适应滑模技术的电子节气门控制方法 利用自适应鲁棒滑模控制算 法计算出节气门的最佳控制电压， 解决了齿轮间隙扭矩的非线性对电子节气门控制系统的 影响。 虽然现有很多学者针对电子节气门提出了各种自适应控制算法， 但是现有电子节气 门自适应控制方法还存在不足： 传统自适应控制系统中的可调参数无法在系统的运行过程 中实时调整， 无法达到最优控制效果。 发明内容 0005 为了解决现有技术的不足， 本公开提供了一种。

12、基于自适应模糊技术的电子节气门 控制方法、 系统及车辆， 可以在系统的运行过程中对自适应控制器的参数实时调节， 减小了 电子节气门参数不确定性和节气门控制系统的非线性特性对电子节气门控制带来的影响， 并且具有控制精度高、 响应速度快的特点。 0006 为了实现上述目的， 本公开采用如下技术方案： 0007 本公开第一方面提供了一种基于自适应模糊技术的电子节气门控制方法。 0008 一种基于自适应模糊技术的电子节气门控制方法， 包括以下步骤： 0009 构建电子节气门系统数学模型， 得到电子节气门系统的状态空间表达式； 0010 构建第一误差变量和第二误差变量， 采用自适应算法设计电子节气门系统。

13、的自适 应控制器， 得到自适应控制器的最佳控制电压的控制律； 0011 构建跟踪误差系统， 对第一误差变量和第二误差变量进行处理后得到电子节气门 跟踪误差系统状态空间表达式， 得到自适应控制器的第一控制参数和第二控制参数与系统 跟踪误差的关系； 说明书 1/7 页 4 CN 111058952 A 4 0012 获取电子节气门的预设开度和实时开度， 以系统的跟踪误差和跟踪误差的导数作 为模糊控制器的输入量， 采用模糊控制算法选取合适的第一控制参数和第二控制参数； 0013 自适应控制器根据模糊控制器输出的第一控制参数和第二控制参数， 计算电子节 气门的最佳控制电压， 进而输出电子节气门理想的输。

14、出角度。 0014 作为可能的一些实现方式， 所述电子节气门系统数学模型， 具体为： 0015 0016 yx1。 0017 作为进一步的限定， 所述第一误差变量， 具体为： 0018 1x1-yr 0019 其中， yr是待跟踪的节气门开度。 0020 作为进一步的限定， 所述第二误差变量， 具体为： 0021 0022 其中， k1是正常数。 0023 作为进一步的限定， 所述自适应控制器的最佳控制电压的控制律， 具体为： 0024 0025 其中， k1和k2是正常数。 0026 作为可能的一些实现方式， 系统跟踪误差的衰减速度与第一控制参数的选取有 关， 当第一控制参数值越大， 衰减速。

15、度也就越快； 系统的跟踪静差与第二控制参数的选取有 关， 当第二控制参数值越大， 跟踪静差也就越小。 0027 作为可能的一些实现方式， 采用模糊控制算法选取合适的第一控制参数和第二控 制参数， 具体为： 0028 定义系统的跟踪误差和跟踪误差的导数的模糊集合； 0029 采用三角形隶属度函数法将输入量和输出量参数进行模糊化； 0030 制定模糊规则， 进行模糊推理； 0031 利用平均加权法进行解模糊处理， 输出自适应控制器的第一控制参数和第二控制 参数。 0032 本公开第二方面提供了一种基于自适应模糊技术的电子节气门控制系统。 0033 一种基于自适应模糊技术的电子节气门控制系统， 包括。

16、： 0034 模型构建模块， 被配置为： 构建电子节气门系统数学模型， 得到电子节气门系统的 状态空间表达式； 0035 自适应控制器构建模块， 被配置为： 构建第一误差变量和第二误差变量， 采用自适 应算法设计电子节气门系统的自适应控制器， 得到自适应控制器的最佳控制电压的控制 律； 0036 跟踪误差系统构建模块， 被配置为： 构建跟踪误差系统， 对第一误差变量和第二误 说明书 2/7 页 5 CN 111058952 A 5 差变量进行处理后得到电子节气门跟踪误差系统状态空间表达式， 得到自适应控制器的第 一控制参数和第二控制参数与系统跟踪误差的关系； 0037 模糊计算模块， 被配置为。

17、： 获取电子节气门的预设开度和实时开度， 以系统的跟踪 误差和跟踪误差的导数作为模糊控制器的输入量， 采用模糊控制算法选取合适的第一控制 参数和第二控制参数； 0038 控制参数计算和输出模块， 被配置为： 自适应控制器根据模糊控制器输出的第一 控制参数和第二控制参数， 计算电子节气门的最佳控制电压， 进而输出电子节气门理想的 输出角度。 0039 本公开第三方面提供了一种电子设备， 包括本公开第二方面所述的基于自适应模 糊技术的电子节气门控制系统。 0040 本公开第四方面提供了一种车辆， 包括本公开第二方面所述的基于自适应模糊技 术的电子节气门控制系统。 0041 与现有技术相比， 本公开。

18、的有益效果是： 0042 1、 本公开可以在系统的运行过程中对自适应控制器的参数实时调节， 减小了电子 节气门参数不确定性和节气门控制系统的非线性特性对电子节气门控制带来的影响， 并且 具有控制精度高、 响应速度快的特点。 0043 2、 本公开通过模糊控制器实时在线整定自适应控制的参数， 使得自适应控制器更 加智能的适应系统的变化， 从而达到对电子节气门阀门开度的最优控制效果， 同时本公开 所述的基于自适应模糊技术的控制策略控制精度更高， 响应速度更快。 附图说明 0044 图1为本公开实施例1提供的基于自适应模糊技术的电子节气门控制策略框图。 0045 图2为本公开实施例1提供的基于自适应。

19、模糊技术的电子节气门控制方法的流程 示意图。 具体实施方式 0046 应该指出， 以下详细说明都是例示性的， 旨在对本公开提供进一步的说明。 除非另 有指明， 本文使用的所有技术和科学术语具有与本公开所属技术领域的普通技术人员通常 理解的相同含义。 0047 需要注意的是， 这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式， 而非意图限制根 据本公开的示例性实施方式。 如在这里所使用的， 除非上下文另外明确指出， 否则单数形式 也意图包括复数形式， 此外， 还应当理解的是， 当在本说明书中使用术语 “包含” 和/或 “包 括” 时， 其指明存在特征、 步骤、 操作、 器件、 组件和/或它们的组合。 0。

20、048 在不冲突的情况下， 本公开中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。 0049 实施例1： 0050 如图1-2所示， 本公开实施例1提供了一种基于自适应模糊技术的电子节气门控制 方法， 具体步骤如下： 0051 步骤1： 电子节气门系统数学模型的建立。 说明书 3/7 页 6 CN 111058952 A 6 0052选取状态向量建立电子节气门系统的状态空间表达式： 0053 0054 yx1 0055 其 中 ， J n 2 Jm+ Jg和 B n 2 Bm+ Bt分 别 是 等 效 总 惯 量 和阻 尼 常 数 ， 是节气门阀片的旋转角， ksp是复位弹簧的弹性系数， n为减速齿轮。

21、的理想传动比， Ra是驱动电机的内阻， u是驱动电机 的输入电压， Jm是驱动电机的转动惯量， Jg是节气门挡板转轴的转动惯量， Bm是驱动电机的 阻尼系数， Bt是节气门的阻尼系数， kb是驱动电机的反电动势常数， kt是驱动电机的扭矩常 数， 0是门体阀片的初始开度， Fs是库仑摩擦系数， kpre是复位弹簧的预紧力系数。 0056 步骤2： 针对系统的非线性特性， 采用自适应算法设计电子节气门系统的非线性控 制器。 0057 基于自适应算法设计电子节气门控制器的基本步骤如下： 0058 首先定义第一个误差变量： 0059 1x1-yr 0060 其中， yr是待跟踪的节气门开度。 006。

22、1 选择李雅普诺夫函数为： 0062 0063 其导数为： 0064 0065要使负定， 则选择x2为虚拟控制， 其理想的虚拟控制值为： 0066 0067 其中， k1是正常数， 然后定义第二个误差变量： 0068 0069 选择李雅普诺夫函数为： 0070 0071 对其求导得到： 0072 说明书 4/7 页 7 CN 111058952 A 7 0073为了使负定， 使得： 0074 0075 其中， k2是正常数。 0076 得到控制器的控制律： 0077 0078 步骤3： 建立跟踪误差系统并分析。 0079 对两个误差变量求导得： 0080 0081 0082 整理得到电子节气门。

23、跟踪误差系统状态空间表达式： 0083 0084 且有： 0085 0086 综上所述， 系统跟踪误差的衰减速度与k1的选取有关， 当其值越大， 衰减速度也就 越快。 系统的跟踪静差与k2的选取有关， 当其值越大， 跟踪静差也就越小。 但是大的k1和k2会 引起控制器的高增益， 控制器的高增益会带来放大干扰信号和超调振荡的问题。 0087 步骤4： 采用模糊控制算法选取合适的k1和k2。 0088在模糊逻辑系统中， 设定系统的跟踪误差 1和跟踪误差的导数 作为模糊控制的 输入量， 将自适应控制的两个参数k1和k2作为输出变量， 并根据系统的实际输出定义输入量 和输出量参数的值域。 具体方法为：。

24、 0089步骤4-1： 定义系统的跟踪误差 1和跟踪误差的导数的模糊集合均为： NB(负 大)， NM(负中)， ZO(零)， PS(正小)， PB(正大)， 定义自适应控制的两个参数k1和k2的模糊集 合均为： PS(正小)， PM(正中)， PB(正大)； 0090 步骤4-2： 采用三角形隶属度函数法将输入量和输出量参数进行模糊化； 0091 步骤4-3： 制定模糊规则， 进行模糊推理； 0092 步骤4-4： 利用平均加权法进行解模糊处理， 输出自适应控制的两个参数k1和k2。 0093 其中步骤4-3中， 模糊规则如表1和表2所示。 0094 表1： 第一模糊规则 说明书 5/7 页。

25、 8 CN 111058952 A 8 0095 0096 表2： 第二模糊规则 0097 0098 步骤5： 自适应控制器根据模糊控制器输出的参数k1和k2， 计算出电子节气门的最 佳控制电压u， 从而输出电子节气门理想的输出角度。 0099 实施例2： 0100 本公开实施例2提供了一种基于自适应模糊技术的电子节气门控制系统。 0101 一种基于自适应模糊技术的电子节气门控制系统， 包括： 0102 模型构建模块， 被配置为： 构建电子节气门系统数学模型， 得到电子节气门系统的 状态空间表达式； 0103 自适应控制器构建模块， 被配置为： 构建第一误差变量和第二误差变量， 采用自适 应算。

26、法设计电子节气门系统的自适应控制器， 得到自适应控制器的最佳控制电压的控制 律； 0104 跟踪误差系统构建模块， 被配置为： 构建跟踪误差系统， 对第一误差变量和第二误 差变量进行处理后得到电子节气门跟踪误差系统状态空间表达式， 得到自适应控制器的第 说明书 6/7 页 9 CN 111058952 A 9 一控制参数和第二控制参数与系统跟踪误差的关系； 0105 模糊计算模块， 被配置为： 获取电子节气门的预设开度和实时开度， 以系统的跟踪 误差和跟踪误差的导数作为模糊控制器的输入量， 采用模糊控制算法选取合适的第一控制 参数和第二控制参数； 0106 控制参数计算和输出模块， 被配置为：。

27、 自适应控制器根据模糊控制器输出的第一 控制参数和第二控制参数， 计算电子节气门的最佳控制电压， 进而输出电子节气门理想的 输出角度。 0107 实施例3： 0108 本公开实施例3提供了一种电子设备， 包括本公开实施例2所述的基于自适应模糊 技术的电子节气门控制系统。 0109 实施例4： 0110 本公开实施例4提供了一种车辆， 包括本公开实施例2所述的基于自适应模糊技术 的电子节气门控制系统。 0111 以上所述仅为本公开的优选实施例而已， 并不用于限制本公开， 对于本领域的技 术人员来说， 本公开可以有各种更改和变化。 凡在本公开的精神和原则之内， 所作的任何修 改、 等同替换、 改进等， 均应包含在本公开的保护范围之内。 0112 上述虽然结合附图对本公开的具体实施方式进行了描述， 但并非对本公开保护范 围的限制， 所属领域技术人员应该明白， 在本公开的技术方案的基础上， 本领域技术人员不 需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本公开的保护范围以内。 说明书 7/7 页 10 CN 111058952 A 10 图1 图2 说明书附图 1/1 页 11 CN 111058952 A 11 。