Adaptive Back-Stepping Control of Automotive Electronic Control Throttle

Back-stepping control (BSC), which is deemed effective for a non-holonomic system, is applied to improving both responsiveness and resolution performance of an electronic control throttle (ECT) used in automotive engines. This paper is characterized by the use of a two-step type BSC in a manner that achieves an improvement in responsiveness with the ETC operated in a fully opened state by adding a derivative term in Step 1 and the improvement in resolution performance with the ETC operated in a minutely opened state by adding an adaptive feature in the form of an integral term using the control deviation in Step 2. This paper presents an ECT control expressed as a second-order system including nonlinearities such as backlash of gear train and static friction in sliding area, a BSC system designed based on Lyapunov stability, and a determination method for control parameters. Also, a two-step type BSC system is formulated using Matlab/Simulink with a physics model as a control object. As a result of simulation analyses, it becomes clear that the BSC system can achieve quicker response because the derivative term works effectively and finer resolution because the adaptive control absorbs the error margin of the nonlinear compensation than conventional PID control.

汽车电子节气门Back-stepping滑模控制器设计

建立包含黏滞摩擦模型、复位弹簧模型及齿轮间隙模型的电子节气门系统的数学模型,并针对节气门系统的非线性特性设计了基于非线性终端滑模面的Back-steeping滑模控制器,可以提高系统收敛速度,降低系统误差并消除系统抖动。同时,针对控制系统中不确定扰动及电子节气门阀板角速度和电机电流不可测量变量设计了非线性扩张状态观测器,实现了系统不可测量变量和不确定扰动准确估计。通过搭建ds PACE快速控制原型环境,并针对电子节气门的实际应用工况对设计的控制器进行了实验验证。实验结果表明所设计Back-stepping滑模控制器对目标角度跟踪精度高,收敛速度快且无超调,可以满足电子节气门的控制要求。

液体动静压球轴承轴心运动轨迹研究

为研究外载荷对轴承转子系统稳定性的影响,以小孔节流的液体动静压球轴承转子系统为研究对象,建立液体动静压球轴承转子系统动力学模型。通过求解轴承润滑数学模型获得非线性油膜力,分析转子所受到的外载荷,采用欧拉算法预测出轴心下一个时刻位移、速度和加速度,并分析转子系统质量、不平衡载荷和阶跃载荷对转子回转精度的影响。结果表明:随着转子系统质量的增加,所需平衡的油膜力增加,轴心振动幅度增加,从而导致转子回转精度降低;相对于不考虑不平衡载荷,考虑不平衡载荷后其振动形态为椭圆且振动幅值增大,减小不平衡值将减小振幅并提高旋转精度;随着阶跃载荷的增加,达到平衡所需的时间也增加。

1K-pot节流孔对低温系统流量特性影响的模型分析

^(4)He降压制冷是现阶段获取超低温的常用方法。为提高制冷效率,常使用节流孔结构降低超流氦薄膜的影响,而这种结构会制约^(4)He的循环流量。基于此,本文归纳节流孔结构中各部分的流速模型,建立一套关于抽速、限流孔径及液氦蒸发流量的数学模型。通过探究节流孔结构中抽速对流量的影响关系,在确定节流孔直径的前提下,将影响关系分为三个阶段,分别对应超流氦薄膜蒸发、1K-pot液氦蒸发和1K-pot液氦蒸发达最大流量。

基于SIMP变密度法的结构拓扑优化及应用

在结构拓扑优化过程中,为了解决复杂结构计算速度慢、效率低的问题,提出了一种基于固体各向同性材料密度惩罚模型(SIMP)的步长自适应优化算法,该算法可根据SIMP惩罚因子P值自适应选择佳步长移动参数,并根据得到的目标函数的迭代值,自适应改变每次迭代的移动步长,在保证迭代精度的同时,以更快的速度逼近迭代目标,并利用经典MBB简支梁算例进行仿真实验,通过划分不同网格数量,横向对比分析另外三种步长迭代公式,得出最终迭代结果准确且迭代速度最快可提高100%的结论。此外,为满足汽车领域的轻量化需求,用拓扑优化技术,针对汽车油门支架结构进行重新优化设计,使优化后的模型体积减小35%;在此基础上,利用增材制造技术,采用双喷头连续纤维打印机,以长碳纤维体积分数为35%的复合材料(基体为短切碳纤维填充尼龙丝材)替代传统的铝合金材料进行增材制造,实现减重的目的,最终得到力学性能与原结构相当、质量减轻48%的油门支架结构,可进一步实现汽车的轻量化制造。

二级节流阀抗气蚀性能的实验研究

由两个节流口组成的二级节流或防止或减轻水压阀汽蚀的有效结构形式。对以淡水作为工作介质的二级节流阀汽蚀性能进行的理论分析与实验研究表明

基于位置反馈控制的电子节气门控制系统研究

以Infineon XC167为主芯片控制电子节气门,设计了直流电机驱动电路,开发了电子节气门控制系统的硬件电路。设计了模糊智能PID控制器,提出了电子节气门的控制策略。通过电子节气门阶跃响应试验和油门位置与节气门位置试验,验证了该控制系统可以实现节气门位置反馈的闭环控制。

新型阶梯圆柱销节流向心静压轴承特性研究

采用内部节流的静压轴承具有刚度高、不易堵塞等优点,但节流腔占据很大面积,造成轴承尺寸增大。文中将传统的节流腔改进为阶梯圆柱销式,最大限度地减少节流腔的面积,在不增加轴承尺寸的情况下提高了静压轴承的承载能力和刚度。该新型阶梯圆柱销节流器结构简单,工艺性良好,容易做成装配式结构。文中推导了该节流器的液阻及节流比,并通过计算比较了毛细管、小孔和阶梯圆柱销节流下向心静压轴承的无量纲承载能力和油膜刚度。

基于递归反演方法的电子节气门非线性控制

针对电子节气门的非线性和传统PID控制器的不足,提出一种基于递归Backstepping方法的控制策略,以节气门位置跟踪为控制对象,对电子节气门的结构进行了分析,建立了电子节气门的数学模型,以Lyapunov稳定性理论为基础,设计了Backstepping控制器。为了比较不同控制策略对电子节气门的控制效果,进行了PID和Backstepping两种控制策略的仿真实验,并分别采用阶跃、斜坡和正弦波作为目标信号完成跟踪控制仿真,仿真结果表明,Backstepping控制具有良好的动态特性,阶跃响应时间小于100 ms,控制效果明显优于PID,该控制能有效解决时变非线性系统的快速响应与超调量偏大两者矛盾的问题。

二级节流的性能分析及其在水压阀中的应用

本文对二级节流的刚度特性和气蚀特性进行了理论分析 ,对以水作为工作介质时其流量压力特性进行了实验研究 ,并将其与一级节流进行了比较。实验结果表明这种节流形式比相同形状的一级节流具有更强的抗气蚀性能。最后 。

一种新型圆锥式节流阀口的特性分析

本文分析了用于水压传动的二级圆锥式节流阀口的刚度特性、流量系数等问题,与一级节流阀口相比,二级节流阀口有较大的优越性。

反向冲击下的液控单向阀多级节流特性研究

为了改善大流量液控单向阀在反向开启时的冲击特性、减小振动与空化、减少卸载时间。选取了3种不同结构的主阀芯,以冲击压力30 MPa、流量1 000 L/min作为基本参数,通过Fluent软件进行气液两相流分析,在此基础上对空化作了探讨并进行了实验验证,同时通过冲击实验系统对不同主阀芯的动态特性进行了研究。仿真结果表明:流体在流经阀芯区域时压力明显降低,且通过阀芯节流口时,由于过流面积突然变小,流速增大,在主阀芯侧产生了空化区域,而且阶梯式的节流结构能有效减小空化的区域、降低空化的产生。实验结果表明:冲击卸载时阶梯式的主阀芯压力振动较小,为28.41 MPa,流量上升梯度为4.86×10~5L/min^2,卸载时间为711 ms,说明其开启更加迅速,动态性能更优越;同时说明阶梯式的节流结构可以有效减少液控单向阀在卸载过程中的压力振动,提高响应速度,增强冲击性能,降低空化,验证了仿真的正确性和空化指数的合理性。

高温高压过热蒸汽疏水阀消声减振研究

针对国内某公司的蒸汽疏水阀在高温高压过热蒸汽工况下产生的强振动高噪声问题,采用有限元法模拟高工况下蒸汽疏水阀内二维非定常湍流激振特性,基于时均化的流场计算和大涡模拟两种方法,模拟分析过热蒸汽疏水阀及管道产生湍流旋涡的主要因素,研究找出产生振动和噪声的流场诱因。根据频谱特性、噪声产生机理及节流降压原理,研究设计了低振动低噪声蒸汽疏水阀的节流降压消声器,并进行频谱分析,其消声量试验结果与理论分析相吻合,为设计出具有消声减振且性能优良的蒸汽疏水阀提供了可靠依据。

电子节气门控制器的设计

针对电子节气门系统结构复杂的特点,提出了一种新的电子节气门位置传感器智能控制的设计方法。该控制器由TMS320LF4207中央处理器和TLF6209驱动芯片等组成。具体给出了电子节气门系统在发动机控制系统中的应用框架,通过专家自整定PID控制策略,实现对节气门系统的位置控制。电子节气门开度的阶跃响应试验验证了该方法可以对电子节气门实现精确、快速和稳态误差小的闭环控制。

用于火箭发动机的低温流量控制系统建模及动态特性分析

低温可调汽蚀文氏管是流量控制系统的关键部件,文中选用步进电机控制调节针锥的位移。通过建立步进电机的动力学模型,研究了步进电机的调节速度和调节精度。汽蚀时的流量是几何结构一定的文氏管所能达到的最大流量,文中以此为标准判断文氏管是否汽蚀,并考虑低温的影响,建立了文氏管汽蚀状态和非汽蚀状态下统一的动力学模型。对流量控制系统进行仿真,仿真结果与试验结果的比较,验证了模型的正确性。并利用动力学模型,研究了流量控制系统抗背压波动以及流量调节的能力。

基于节流阀的进口节流调速系统动态特性研究

在进口节流调速系统中,负载的变化特别是阶跃变化,液压缸两腔压力会发生动态变化,甚至还会引起系统中液压元件损坏,影响液压系统的正常工作.以节流阀进口节流调速系统为例,建立以负载作为输入,液压缸无杆腔压力作为输出的系统数学模型,得到了液压缸无杆腔压力超调量的变化规律,并对理论推导与分析进行了试验验证,修正了液压元件主参数(额定压力)选择的计算公式,为系统设计以及元件参数选择提供依据.

双定子泵节流调速回路的节能研究

用双定子泵组成新型节流调速回路,通过分析新型回路的节能特性,使节流调速回路能高效率地应用在大功率系统中。通过和传统节流调速回路进行比较,结果表明:双定子泵组成的新型节流调速回路在恒负载工况下能减少传统节流调速回路中的溢流损失和节流损失,节约能量;在变负载工况下,系统具有近似恒功率输出特性,并减少了旁路溢流损失。使节流调速有更大的功率适用范围,为新型液压元件和回路的应用奠定了理论基础。

面向“X-by-Wire”的电子节气门开发

进行了电子节气门的软硬件设计和机电一体化设计,对电子节气门的可靠性、动态响应特性以及稳定性进行了研究和测试,在上述工作基础上,将开发的电子节气门应用在混合动力轿车上,试验表明,电子节气门的动态响应特性和稳定性达到了设计要求。电子节气门在混合动力汽车以及传统燃油车上具有应用前景。

基于户用风冷冷水(热泵)机组的补气增焓系统实验研究

以户用风冷冷水（热泵）机组为对象,研究了采用闪蒸器的二级节流补气增焓系统在不同环境工况下的运行性能,并进一步研究了二级节流耦合控制的规律。实验结果表明,与常规系统相比,补气增焓系统在各种工况下的制热量提高约18%-20%,能效COP提升约7%。初步得出了耦合控制的二级节流的控制规律,为产品开发提供参考。

基于调速阀的进口节流调速系统负载变化动态特性研究

以调速阀进口节流调速系统为例,建立以负载作为输入,液压缸无杆腔压力作为输出的系统数学模型,将系统简化为稳定的二阶系统,得到了液压缸无杆腔压力超调量的变化规律。利用压力传感器测量液压缸无杆腔压力变化,特别是压力超调量的变化,对理论推导和分析所得结论进行了试验验证。