内燃机NOx排放控制：基于模型的EGR系统设计与硬件仿真研究

"这篇硕士论文详细探讨了基于模型的废气再循环（EGR）控制系统的设计以及硬件在环仿真，重点研究了模糊PID和Smith预估计两种控制策略在EGR阀控制中的应用。作者孟鑫在动力机械及工程领域，由导师王忠指导，于2010年完成此研究。" 在控制内燃机排放污染物，尤其是氮氧化物（NOx）方面，废气再循环（EGR）技术扮演了关键角色。论文首先概述了国内外对于电控EGR系统的研发和应用情况，提出了一种闭环控制方案，该方案以EGR阀开度作为反馈信号。论文中设计了通信、控制、执行器驱动和诊断模块，并编写了EGR控制程序。此外，还设计了传感器信号发生器，用于构建EGR控制系统的硬件在环仿真平台。 论文中选择线性EGR阀，并对其工作过程、执行器结构和脉宽调制（PWM）控制规则进行了分析。通过最小二乘法建立EGR阀系统的物理模型，同时在Simulink环境下构建了发动机平均值模型，为后续控制器性能测试和硬件在环仿真提供了基础。 针对EGR阀开度控制的不稳定性问题，论文提出了一种基于模糊PID的改进型Smith预估控制器。该控制器通过比较系统输出变化率与预估器输出变化率，动态调整控制器和预估模型的增益，以适应被控对象的增益变化，从而改善瞬态响应和鲁棒性。通过软件在环测试，验证了控制器对非线性EGR系统时滞现象的有效抑制。 此外，论文还构建了一个基于产品级ECU硬件的快速原型开发平台，实现了闭环EGR控制程序，包括CAN通信、传感器信号诊断、执行器诊断和驱动等功能模块，便于后续发动机电控策略的开发。通过设计传感器信号发生器，模拟产生了发动机转速、冷却水温、进气压力、进气流量等信号，以满足硬件在环仿真需求。最后，建立了EGR控制器硬件在环仿真平台，测试了传感器信号发生器和EGR控制器的性能。 总结来说，这篇论文深入研究了EGR控制系统的设计与优化，特别是模糊PID和Smith预估控制的应用，为提高内燃机排放控制效率和环保性能提供了理论依据和技术支持。