淺析分段PID控制算法在柴油機齒條位置控制中的應用方法

才雨虹

摘 要：本文針對柴油發動機的齒條位移進行控制，該控制屬于執行器位置控制，并對該系統的電磁式執行器建立數學模型，建立齒條位移閉環增量式PID控制器，并對其P、I、D值進行整定，最后進行控制系統的仿真實驗。通過仿真發現該控制器對大小階躍響應的輸入，均能改善系統動靜態特性。

關鍵詞：柴油機齒條位移；位置控制；分段PID控制算法

1.引言

柴油車在經濟性、動力性和安全性等方面具有優勢，因此柴油發動機電控系統值得研究。該系統的主要部分是齒條位置控制，所以齒條控制算法的研究很有前景[1]。

2.電磁式執行器建模

柴油機的齒條位置直接受控于控制執行機構，該機構是電磁式的[2]。由力學原理，直接推導得到執行器的運動方程[3]：

以上各參量均與T、KP、TI、TD有關[5]。若T為10毫秒，KP、TI、TD為定值，控制增量與先后三次測量值的偏差有關。柴油機齒條控制輸出的Δu（k）即是齒條位移的增量。

4.分段PID控制器參數整定

保持柴油機齒條位置系統動態效果好，就要選取合適的PID參數。柴油機齒條的有效位移約為13mm，將13mm均勻分成13段，每段1mm，然后利用不同的PID參數控制不同段。

各段參數采用試湊法整定，對公式（8）進行增量式控制，并對q0、q1、q2試湊整定，確立PID分段查詢表。T為10ms，測得q0、q1、q2后，根據式（9）計算KP、TI、TD值。表4-1為分段PID參數的各段修正值。

5.仿真研究

通過分段PID控制，柴油機齒條位移控制效果如下：輸入為小階躍時，響應曲線如圖5-1所示，提高了系統的動態特性；輸入為大階躍時，響應曲線如圖5-2所示，仍提高了系統的動態特性。……