基于PID控制的內燃機電磁閥控制仿真研究

帶有可變提升閥定時系統的發動機是降低發動機排放和提高效率的眾多措施之一，這種控制機構可以提高發動機的容積效率，增加最大扭矩范圍，從而降低燃料消耗，減少發動機排放。本文通過MATLAB軟件研究了電磁閥控制系統的穩定性。首先設計了電磁閥系統內部的磁體和相互作用力，然后利用兩自由度質量-彈簧系統作為系統中的力學模型，最后設計了一個PID控制器來保持系統的穩定性。電磁閥系統結構和模擬模型見文中的Fig.1和Fig.2。

研究結果表明，控制器各自將最大閥位移區域從2mm減小到0.001mm，將持續時間從0.1秒減小到0.022秒，提升閥的沉降速度為 0.0126，標準偏差為0.1304，電樞沉降速度為0.0184，標準偏差為0.1363。提升閥的平均位移為0.0011，標準偏差為 0.0003，電樞的平均位移為0.0015，標準偏差為0.0003。各階段的傳遞介質為-37.5和-169，增益為10.3和-9.35。負增益余量意味著降低增益將導致穩定性降低，而正增益余量意味著增加增益會使穩定性降低。由此可見，如果閥門打開或關閉足夠快時，電流極限將被去除，從而能夠有效地提高發動機效率，因此當務之急通過控制器使得閥門達到最大升降速度。此外，電磁閥的延遲時間也會影響控制器的效果，從而影響系統的響應。未來研究工作將進一步優化PID控制器中的控制參數，以更好地保證系統的穩定性。

Fig.1.Electromagnetic poppet valve model diagram

Fig.2.Modelling the system as a two degree of freedom system.