電子節(jié)氣門的末端控制時(shí)點(diǎn)預(yù)測(cè)方法及電子節(jié)氣門系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及電子節(jié)氣門的控制【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種電子節(jié)氣門的末端控制時(shí)點(diǎn)預(yù)測(cè)方法及電子節(jié)氣門系統(tǒng)，本發(fā)明根據(jù)當(dāng)前閥門位置、閥門轉(zhuǎn)動(dòng)速度、預(yù)設(shè)的PID參數(shù)以及閥門運(yùn)動(dòng)規(guī)律，預(yù)測(cè)后續(xù)的若干個(gè)控制時(shí)點(diǎn)的閥門位置和速度，從而判定當(dāng)前控制時(shí)點(diǎn)是否為超調(diào)前的最末幾個(gè)控制時(shí)點(diǎn)之一，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)控制時(shí)點(diǎn)更佳地檢測(cè)效果，在發(fā)生超調(diào)前就給出判定結(jié)果。在此結(jié)果上，控制模塊再精確計(jì)算出當(dāng)前和后續(xù)若干個(gè)控制時(shí)點(diǎn)的輸出占空比、達(dá)到控制力矩輸出的目的，確保經(jīng)該若干控制時(shí)點(diǎn)的修正后，閥門可以到達(dá)目標(biāo)位置附近并且速度和受力為零，最終避免或者大幅度減小超調(diào)量，并提高響應(yīng)速度，同時(shí)提高電子節(jié)氣門的使用壽命。
【專利說明】電子節(jié)氣口的末端控制時(shí)點(diǎn)預(yù)測(cè)方法及電子節(jié)氣口系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及機(jī)械控制領(lǐng)域，具體設(shè)及對(duì)電子節(jié)氣口的控制領(lǐng)域，更進(jìn)一步，尤其是 一種電子節(jié)氣口的末端控制時(shí)點(diǎn)預(yù)測(cè)方法及電子節(jié)氣口系統(tǒng)。

【背景技術(shù)】
[0002] 車用節(jié)氣口按照控制方式不同可W劃分為機(jī)械式拉線節(jié)氣口和電子節(jié)氣口兩種， 近年來(lái)后者已經(jīng)逐步替代前者被廣泛應(yīng)用。
[0003] 電子節(jié)氣口作為車輛上的重要部件，其可根據(jù)駕駛?cè)藛T的需求進(jìn)行精確的調(diào)整， 并可設(shè)置多種控制功能來(lái)改善駕駛安全性和舒適性，如圖3所示，電子節(jié)氣口一般由控制 單元50、驅(qū)動(dòng)電機(jī)45、傳動(dòng)齒輪48、回位彈黃44、閥口 41、位置傳感器47構(gòu)成，電子節(jié)氣口 中具有最高機(jī)械位置停止點(diǎn)42 W及最低機(jī)械位置停止點(diǎn)43?？刂茊卧?0在接收到目標(biāo)位 置信號(hào)46后通過PID控制單元49控制驅(qū)動(dòng)電機(jī)45完成動(dòng)作。
[0004] 但由于電子節(jié)氣口是一個(gè)存在非線性時(shí)變阻巧特性的系統(tǒng)，現(xiàn)在是采用PID控制 對(duì)其閥口位置、速度等方面進(jìn)行控制，其動(dòng)作受到驅(qū)動(dòng)電機(jī)特性曲線，傳動(dòng)部件摩擦阻巧， 回位彈黃彈力，電機(jī)轉(zhuǎn)子及閥體的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量等多種因素影響；對(duì)其動(dòng)作的控制一般通過綜 合閥口位置（POS)，距離目標(biāo)位置偏差（A)，閥口運(yùn)動(dòng)速度（V)等因素的多組PID參數(shù) [000引 PID = PID(POS, A, ?)，其中，
[0006] A = POSum-POSNow dPOS
[0007] CO =- dt
[000引進(jìn)行聯(lián)合控制來(lái)實(shí)現(xiàn)，為了提高響應(yīng)速度和定位精度，也可能同時(shí)需要用于控制 彈黃及摩擦的前饋單元，慣性遲滯單元，及模糊控制等單元。
[0009] 申請(qǐng)?zhí)枮?00710163863. 0、授權(quán)公告日為2010年10月6號(hào)、專利名稱為"一種 發(fā)動(dòng)機(jī)電子節(jié)氣口的控制方法"就公開了如下的技術(shù)方案：所述控制方法包括檢測(cè)電子節(jié) 氣口的起始開度或當(dāng)前開度；當(dāng)電子節(jié)氣口的起始開度或當(dāng)前開度與目標(biāo)開度的差值的絕 對(duì)值大于X時(shí)，采用基本方法控制PWM信號(hào)的占空比從而控制打開或關(guān)閉電子節(jié)氣口的開 度變化率；當(dāng)電子節(jié)氣口的起始開度或當(dāng)前開度與目標(biāo)開度的差值的絕對(duì)值小于或等于X 時(shí)，采用PID方法控制PWM信號(hào)的占空比從而控制打開或關(guān)閉電子節(jié)氣口的開度變化率，其 中X的范圍是2°至6°。采用本發(fā)明所述的發(fā)動(dòng)機(jī)電子節(jié)氣口的控制方法，在所述差值較 大時(shí)能夠?qū)崿F(xiàn)節(jié)氣口碟片運(yùn)行的快速和平穩(wěn)，并且在所述差值較小時(shí)能夠?qū)崿F(xiàn)節(jié)氣口碟片 運(yùn)行的準(zhǔn)確和防止超調(diào)。
[0010] 但即使采用了上述專利所公開的方法，閥口在向目標(biāo)位置運(yùn)動(dòng)過程中依然可能發(fā) 生超調(diào)現(xiàn)象，因?yàn)樵撘环椒o(wú)法對(duì)節(jié)氣口碟片位置進(jìn)行監(jiān)控和預(yù)測(cè)，也就無(wú)法準(zhǔn)確地在超 調(diào)發(fā)生前對(duì)碟片進(jìn)行控制，尤其是考慮到參數(shù)整定不佳，W及產(chǎn)品制造存在公差等因素，超 調(diào)現(xiàn)象會(huì)更加嚴(yán)重，在某些應(yīng)用場(chǎng)合，該更是需要極力避免的。
[0011] 因此，希望提供一種電子節(jié)氣口末端控制時(shí)點(diǎn)預(yù)測(cè)方法及電子節(jié)氣口系統(tǒng)來(lái)克服 或者說至少減輕上述超調(diào)現(xiàn)象的發(fā)生。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0012] 本發(fā)明目的在于提供一種電子節(jié)氣口的末端控制時(shí)點(diǎn)預(yù)測(cè)方法及電子節(jié)氣口系 統(tǒng)，W克服或至少減輕現(xiàn)有技術(shù)的上述缺陷。
[0013] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種電子節(jié)氣口的末端控制時(shí)點(diǎn)預(yù)測(cè)方法，電子節(jié) 氣口包括控制單元、驅(qū)動(dòng)電機(jī)、傳動(dòng)齒輪、閥口、位置傳感器，控制單元對(duì)驅(qū)動(dòng)電機(jī)進(jìn)行控 審IJ，驅(qū)動(dòng)電機(jī)再通過傳動(dòng)齒輪帶動(dòng)閥口工作，所述位置傳感器在閥口內(nèi)用于監(jiān)測(cè)電子節(jié)氣 口內(nèi)閥口的位置，控制單元通過PID控制方法控制驅(qū)動(dòng)電機(jī)的動(dòng)作，在所述控制單元內(nèi)設(shè) 有末端控制時(shí)點(diǎn)預(yù)測(cè)模塊，所述末端控制時(shí)點(diǎn)預(yù)測(cè)模塊根據(jù)當(dāng)前閥口位置、閥口轉(zhuǎn)動(dòng)速度、 預(yù)設(shè)的PID參數(shù)W及閥口運(yùn)動(dòng)規(guī)律，預(yù)測(cè)后續(xù)的若干個(gè)控制時(shí)點(diǎn)的閥口位置和速度，從而 判定當(dāng)前控制時(shí)點(diǎn)是否為超調(diào)前的最末幾個(gè)控制時(shí)點(diǎn)之一。
[0014] 如果能夠判斷出當(dāng)前控制時(shí)點(diǎn)為最后的幾個(gè)控制時(shí)點(diǎn)，也就能夠預(yù)測(cè)其將到達(dá)最 高或者最低機(jī)械位置停止點(diǎn)，那么就能夠在超調(diào)發(fā)生前得到警示，更為有效地防止超調(diào)。
[0015] 優(yōu)選地，如設(shè)當(dāng)前的閥口位置為第N控制時(shí)點(diǎn)，預(yù)測(cè)的后續(xù)的控制時(shí)點(diǎn)為第化1控 制時(shí)點(diǎn)，具體進(jìn)行末端控制時(shí)點(diǎn)預(yù)測(cè)的步驟如下：
[0016] 步驟一巧測(cè)的當(dāng)前控制時(shí)點(diǎn)的占空比為DutywiDutywE [-100, 100]，當(dāng)前控制時(shí) 點(diǎn)的速度為W第N控制時(shí)點(diǎn)作為研究的時(shí)間0點(diǎn)，則《 (0) = ?w，第化1控制時(shí)點(diǎn)的 速度的簡(jiǎn)化計(jì)算式為W M+i= W M+K ?Dutyw，其中K為為一常數(shù)，Pmx為末端控 制時(shí)點(diǎn)位置，J為閥口內(nèi)轉(zhuǎn)子與被驅(qū)動(dòng)部件的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量和；（其實(shí)，K也可W通過對(duì)電子節(jié)氣 口的實(shí)驗(yàn)測(cè)得）
[0017] 步驟二：測(cè)得的當(dāng)前控制時(shí)點(diǎn)的位置為POSn，第化1個(gè)控制時(shí)點(diǎn)的位置POSn4通過

【權(quán)利要求】
1. 一種電子節(jié)氣門的末端控制時(shí)點(diǎn)預(yù)測(cè)方法，電子節(jié)氣門包括控制單元、驅(qū)動(dòng)電機(jī)、傳 動(dòng)齒輪、閥門、位置傳感器，控制單元對(duì)驅(qū)動(dòng)電機(jī)進(jìn)行控制，驅(qū)動(dòng)電機(jī)再通過傳動(dòng)齒輪帶動(dòng) 閥門工作，所述位置傳感器在閥門內(nèi)用于監(jiān)測(cè)電子節(jié)氣門內(nèi)閥門的位置，其特征在于，控制 單元通過PID控制方法控制驅(qū)動(dòng)電機(jī)的動(dòng)作，在所述控制單元內(nèi)設(shè)有末端控制時(shí)點(diǎn)預(yù)測(cè)模 塊，所述末端控制時(shí)點(diǎn)預(yù)測(cè)模塊根據(jù)當(dāng)前閥門位置、閥門轉(zhuǎn)動(dòng)速度、預(yù)設(shè)的PID參數(shù)以及閥 門運(yùn)動(dòng)規(guī)律，預(yù)測(cè)后續(xù)的若干個(gè)控制時(shí)點(diǎn)的閥門位置和速度，從而判定當(dāng)前控制時(shí)點(diǎn)是否 為超調(diào)前的最末幾個(gè)控制時(shí)點(diǎn)之一。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電子節(jié)氣門的末端控制時(shí)點(diǎn)預(yù)測(cè)方法，其特征在于，設(shè)當(dāng)前 的閥門位置為第N控制時(shí)點(diǎn)，預(yù)測(cè)的后續(xù)的控制時(shí)點(diǎn)為第N+1控制時(shí)點(diǎn)，具體進(jìn)行末端控制 時(shí)點(diǎn)預(yù)測(cè)的步驟如下： 步驟一：可測(cè)的當(dāng)前控制時(shí)點(diǎn)的占空比為DutyN，DutyNG[-100, 1〇〇]，當(dāng)前控制時(shí)點(diǎn)的 速度為，以第N控制時(shí)點(diǎn)作為研宄的時(shí)間0點(diǎn)，則《 (0) = ?N，第N+1控制時(shí)點(diǎn)的速度
步驟三：根據(jù)預(yù)測(cè)計(jì)算出的第N+1個(gè)控制時(shí)點(diǎn)的速度與位置判斷當(dāng)前控制時(shí)點(diǎn)是否為 超調(diào)前的末端控制時(shí)點(diǎn)，如是，則發(fā)出告警或者通過控制單元控制驅(qū)動(dòng)電機(jī)的動(dòng)作，否則， 繼續(xù)下一個(gè)周期的末端控制時(shí)點(diǎn)的預(yù)測(cè)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的電子節(jié)氣門的末端控制時(shí)點(diǎn)預(yù)測(cè)方法，其特征在于， 步驟二中，當(dāng)預(yù)測(cè)精度不高時(shí)，第N+1個(gè)控制時(shí)點(diǎn)的位置POSN+1的簡(jiǎn)易計(jì)算公式為
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的電子節(jié)氣門的末端控制時(shí)點(diǎn)預(yù)測(cè)方法，其特征在于，所述預(yù) 測(cè)方法在完成第N+1控制時(shí)點(diǎn)的步驟二的計(jì)算后，跳轉(zhuǎn)到步驟一，開始預(yù)測(cè)后續(xù)控制時(shí)點(diǎn) 的速度和位置，如此反復(fù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)若干個(gè)控制時(shí)點(diǎn)的閥門位置和速度的預(yù)測(cè)，然后在步驟3 中進(jìn)行當(dāng)前控制時(shí)點(diǎn)是否為末端控制時(shí)點(diǎn)的判斷。
5. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的電子節(jié)氣門的末端控制時(shí)點(diǎn)預(yù)測(cè)方法，其特征在于，所述步
6. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的電子節(jié)氣門的末端控制時(shí)點(diǎn)預(yù)測(cè)方法，其特征在于，所述步 驟一中，當(dāng)占空比DutyN與速度《N方向相反即閥門減速時(shí)，《 N+1= ?N_K? |DutyN| ?T。
7. -種電子節(jié)氣門系統(tǒng)，電子節(jié)氣門系統(tǒng)包括控制單元、驅(qū)動(dòng)電機(jī)、傳動(dòng)齒輪、閥門、位 置傳感器，控制單元對(duì)驅(qū)動(dòng)電機(jī)進(jìn)行控制，驅(qū)動(dòng)電機(jī)再通過傳動(dòng)齒輪帶動(dòng)閥門工作，所述位 置傳感器在閥門內(nèi)用于監(jiān)測(cè)電子節(jié)氣門內(nèi)閥門的位置，控制單元通過PID控制方法控制驅(qū) 動(dòng)電機(jī)的動(dòng)作，其特征在于，電子節(jié)氣門系統(tǒng)還包括末端控制時(shí)點(diǎn)預(yù)測(cè)模塊與末端控制時(shí) 點(diǎn)控制模塊，所述末端控制時(shí)點(diǎn)預(yù)測(cè)模塊根據(jù)當(dāng)前閥門位置、閥門轉(zhuǎn)動(dòng)速度、預(yù)設(shè)的PID參 數(shù)以及閥門運(yùn)動(dòng)規(guī)律，預(yù)測(cè)后續(xù)的若干個(gè)控制時(shí)點(diǎn)的閥門位置和速度，從而判定當(dāng)前控制 時(shí)點(diǎn)是否為超調(diào)前的最末幾個(gè)控制時(shí)點(diǎn)之一，根據(jù)預(yù)測(cè)模塊所輸出的判定結(jié)果所述末端控 制時(shí)點(diǎn)控制模塊精確計(jì)算出當(dāng)前和后續(xù)若干個(gè)控制時(shí)點(diǎn)的力矩輸出，確保經(jīng)該若干控制時(shí) 點(diǎn)的修正后，閥門可以到達(dá)目標(biāo)位置附近并且速度和受力為零。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的電子節(jié)氣門系統(tǒng)，其特征在于，所述末端控制時(shí)點(diǎn)控制模塊 在經(jīng)過若干個(gè)控制時(shí)點(diǎn)輸出指定的占空比DutyN，DutyN+1，...控制后，期望在隨后的控制時(shí) 點(diǎn)Tx時(shí)到達(dá)目標(biāo)位置且速度為0，即建立以下方程組：
最終，可解得未知數(shù)DutyN,DutyN+1…，DutyN,DutyN+1…即為所述末端控制時(shí)點(diǎn)控制模塊 的輸出占空比，控制當(dāng)前和后續(xù)若干個(gè)控制時(shí)點(diǎn)的力矩輸出。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的電子節(jié)氣門系統(tǒng)，其特征在于，取X=N+3,約束初始《 0口 P〇SN在一定范圍內(nèi)，確保最終的解Duty N，DutyN+1，…G [-100, 1〇〇]。
10. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的電子節(jié)氣門系統(tǒng)，其特征在于，在所述電子節(jié)氣門的系統(tǒng) 中，還包括輸出選擇器，所述輸出選擇器與末端控制時(shí)點(diǎn)預(yù)測(cè)模塊相連，在判定當(dāng)前控制時(shí) 點(diǎn)為超調(diào)前的末端控制時(shí)點(diǎn)后切換至末端控制時(shí)點(diǎn)控制模塊的工作，否則切換至常規(guī)PID 控制。
【文檔編號(hào)】F02D41/02GK104481707SQ201410715736
【公開日】2015年4月1日 申請(qǐng)日期:2014年12月1日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月1日
【發(fā)明者】馬良, 徐波, 王強(qiáng) 申請(qǐng)人:南京奧聯(lián)汽車電子技術(shù)有限公司