三、PID控制原理

　　由于節(jié)氣門(mén)體中存在非線性彈簧、粘性摩擦和滑動(dòng)摩擦、進(jìn)氣擾動(dòng)及齒隙沖擊等，導(dǎo)致了控制對(duì)象為一嚴(yán)重非線性系統(tǒng)，控制難度較高。PID控制不需要測(cè)量系統(tǒng)的模型，容易實(shí)現(xiàn)，所以本文選擇了使用PID控制策略進(jìn)行控制。PID控制將偏差的比例P、積分I和微分D通過(guò)線性組合構(gòu)成控制量，對(duì)被控對(duì)象進(jìn)行控制，故稱(chēng)PID控制。

　　PID控制系統(tǒng)是一種線性控制系統(tǒng)，如圖3所示，控制偏差e（t）為目標(biāo)值與實(shí)際輸出值之差：

　　e（t）=r（t）-y（t）（1）

　　PID控制規(guī)律為：

　　式中：KP——比例系數(shù)；

　　TI——積分時(shí)間常數(shù)；

　　TD——微分時(shí)間常數(shù)。

　　KP成比例地反映控制系統(tǒng)的偏差信號(hào)e（t），偏差一旦產(chǎn)生，控制系統(tǒng)立即產(chǎn)生控制作用以減小偏差。

　　TI主要用于消除靜差，提高系統(tǒng)的無(wú)差度，積分作用的強(qiáng)弱取決于積分時(shí)間常數(shù)TI，TI越大積分作用越弱，反之則越強(qiáng)。

　　TD反應(yīng)偏差信號(hào)的變化趨勢(shì)（變化速率），并能在偏差信號(hào)變得太大之前，在系統(tǒng)中引入一個(gè)有效的早期修正信號(hào)，從而加快系統(tǒng)的動(dòng)作速度，減少調(diào)節(jié)周期。

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　　在計(jì)算機(jī)PID控制中，需使用數(shù)字PID控制，本文使用增量式PID控制算法，公式如下：

　　△u（k）=KP[e（k）-e（k-1）]+KIe（k）+KD[?
　　e（k）-2e（k-1）+e（k-2）]（3）

　　u（k）=u（k-1）+△u（k）（4）

　　式中：△u（k）——k時(shí)刻輸出增量；

　　KI——積分系數(shù)；

　　KD——微分系數(shù)。

　　數(shù)字PID控制是連續(xù)系統(tǒng)中技術(shù)最成熟應(yīng)用最廣泛的一種控制，不需了解被控對(duì)象的數(shù)學(xué)模型，只要根據(jù)經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行調(diào)整參數(shù)的在線整定，即可獲得滿意的效果，特別適用于軟件編程的方法實(shí)現(xiàn)PID控制，參數(shù)變化十分靈活。具有控制原理簡(jiǎn)單、實(shí)現(xiàn)容易及穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)。

　　由于節(jié)氣門(mén)體中復(fù)位彈簧的作用，使節(jié)氣門(mén)片的受力變得復(fù)雜，增加了控制的難度。節(jié)氣門(mén)片向不同方向轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)其受力不同，轉(zhuǎn)動(dòng)范圍大小也不同，因此，正、反轉(zhuǎn)模型也就不同。于是需要設(shè)計(jì)正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)兩組PID控制，其控制參數(shù)和流程均不同。程序需根據(jù)控制輸出量值的正負(fù)，判斷進(jìn)入正轉(zhuǎn)控制流程還是反轉(zhuǎn)控制流程，并完成控制流程的非線性切換。

　　四、節(jié)氣門(mén)控制實(shí)驗(yàn)

　　節(jié)氣門(mén)開(kāi)度控制實(shí)驗(yàn)中，節(jié)氣門(mén)位置傳感器的電壓為反饋量，PWM的占空比信號(hào)為控制輸出量。實(shí)驗(yàn)中由PC機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)向DSP發(fā)送目標(biāo)開(kāi)度值和PID控制參數(shù)，DSP根據(jù)控制參數(shù)和節(jié)氣門(mén)位置信號(hào)計(jì)算并輸出PWM信號(hào)，電機(jī)執(zhí)行命令，控制電子節(jié)氣門(mén)完成動(dòng)作；同時(shí)DSP向PC機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)傳送控制過(guò)程，PC機(jī)記錄并顯示實(shí)際控制效果，根據(jù)控制效果不斷調(diào)整PID控制參數(shù)，最終達(dá)到最佳控制。圖4記載了試驗(yàn)中進(jìn)行的階躍響應(yīng)測(cè)試，參數(shù)KP=65，KI=125， KD="10"，電子節(jié)氣門(mén)從初始值1200mV到目標(biāo)值2000mV的階躍變化情況。從系統(tǒng)的階躍響應(yīng)曲線可知節(jié)氣門(mén)上升時(shí)間短且穩(wěn)態(tài)跟蹤誤差小，滿足系統(tǒng)響應(yīng)和控制精度要求。

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　　五、結(jié)論

　　試驗(yàn)表明，該控制系統(tǒng)具有性能穩(wěn)定、抗干擾能力強(qiáng)和可靠性高等優(yōu)點(diǎn)，取得了十分滿意的控制效果，故該節(jié)氣門(mén)控制系統(tǒng)具有很高的應(yīng)用價(jià)值。

　　下一步將電子節(jié)氣門(mén)控制系統(tǒng)裝車(chē)，與發(fā)動(dòng)機(jī)ECU整合，進(jìn)行發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)車(chē)試驗(yàn)，需要對(duì)電子節(jié)氣門(mén)的控制特性進(jìn)行深入研究，結(jié)合更有針對(duì)性的非線性智能控制方法，進(jìn)一步提高發(fā)動(dòng)機(jī)控制效果。

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