基于FPGA的汽車油改氣電控系統(tǒng)的研究與設(shè)計(jì)
加入技術(shù)交流群
2.2.2 AD1674轉(zhuǎn)換控制模塊
AD1674是帶有內(nèi)部采樣保持的完全12位逐次逼近(SAR)型模/數(shù)轉(zhuǎn)換器，支持單極性和雙極性輸入兩種工作方式，轉(zhuǎn)換時(shí)間為10 μs。根據(jù)實(shí)際工作需要，使用了雙極性輸入方式。AD1674在FPGA的時(shí)鐘信號(hào)clk、復(fù)位信號(hào)rst、狀態(tài)信號(hào)status及控制信號(hào)cs、k12x8、rc、a0的控制下采集數(shù)據(jù)。AD1674轉(zhuǎn)換器模塊是根據(jù)摩爾狀態(tài)機(jī)實(shí)現(xiàn)的，完成對(duì)實(shí)際轉(zhuǎn)速信號(hào)的采樣，FPGA計(jì)算出誤差和誤差變化率，然后查模糊控制表，最后將控制量變換到實(shí)際控制量上。根據(jù)實(shí)際工作需要，采用兩片AD1674，一片采集汽車發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)際轉(zhuǎn)速信號(hào)，另一片采集汽車設(shè)定轉(zhuǎn)速信號(hào)。AD1674轉(zhuǎn)換模塊程序流程圖如圖4所示。本文引用地址：http://m.butianyuan.cn/article/191615.htm
2.3 模糊控制模塊設(shè)計(jì)
在怠速狀況下，盡量使汽車穩(wěn)定在最低轉(zhuǎn)速以節(jié)省資源并減少排放。設(shè)計(jì)了一種基于FPGA的汽車ECU的模糊控制器，只需在線修改模糊控制規(guī)則表就可以做成不同精度和不同控制規(guī)則的模糊控制器，具有通用性，控制規(guī)則實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單。模糊控制模塊由Verilog HDL語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)，可以隨時(shí)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行升級(jí)和移植，非常靈活和方便。模糊控制模塊包含運(yùn)算模塊和模糊控制規(guī)則表模塊。
運(yùn)算模塊主要是將采集到的汽車設(shè)定轉(zhuǎn)速信號(hào)g與采集到的汽車發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器反饋信號(hào)f進(jìn)行處理，計(jì)算出汽車轉(zhuǎn)速誤差e和轉(zhuǎn)速誤差變化率de。圖5所示為運(yùn)算模塊流程圖。
模糊控制規(guī)則表模塊的功能是把輸入的精確量進(jìn)行尺度變換，變換到相應(yīng)的論域范圍；將已變換到論域范圍的輸入量進(jìn)行模糊化處理，主要是計(jì)算各個(gè)輸入量的隸屬度，為了簡(jiǎn)化處理，將輸入值進(jìn)行均勻量化。確定模糊控制的原則是必須保證模糊控制器的輸出能夠使系統(tǒng)輸出響應(yīng)的動(dòng)靜態(tài)特性達(dá)到最佳，既要迅速消除誤差，保證響應(yīng)的的快速性，又要防止產(chǎn)生超調(diào)和振蕩，保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性。例如，汽車轉(zhuǎn)速誤差為負(fù)大(NB)時(shí)，若誤差變化率為負(fù)中(NM)，這時(shí)汽車轉(zhuǎn)速還有進(jìn)一步增大的趨勢(shì)。為了盡快消除已有的負(fù)大誤差，并抑制誤差進(jìn)一步變大，控制量的變化應(yīng)取負(fù)大(NB)，以盡快減小汽車的轉(zhuǎn)速。模糊控制規(guī)則表如表1所示。
根據(jù)表1，模糊控制規(guī)則表用Verilog HDL描述如下：
if ((e==NB)(de==NB)) u=NB；
else if((e==Z)(de==Z)) u=ZE；
……
總共49條控制規(guī)則，其中NB、NM、NS、Z、PS、PM、PB分別對(duì)應(yīng)一段輸入的誤差、誤差變化率的范圍。還可以對(duì)汽車轉(zhuǎn)速誤差和轉(zhuǎn)速誤差變化率論域進(jìn)一步細(xì)分，得到更精確的結(jié)果，仿真結(jié)果如圖6所示。其中，out為輸出的控制量，可以看出變化規(guī)律與理論上模糊控制規(guī)則表一致。
out對(duì)應(yīng)的是步進(jìn)電機(jī)的步數(shù)，用于后面生成脈沖信號(hào)。步進(jìn)電機(jī)的正反轉(zhuǎn)是基于前端的模糊控制模塊輸出信號(hào)控制的，控制單元實(shí)時(shí)檢測(cè)汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速并與設(shè)定的目標(biāo)轉(zhuǎn)速進(jìn)行比較。當(dāng)轉(zhuǎn)速低于設(shè)定值時(shí)，控制步進(jìn)電機(jī)正轉(zhuǎn)，開大旁通氣道截面，增加進(jìn)氣量，缸內(nèi)的可燃混合氣增多，轉(zhuǎn)速上升；反之，轉(zhuǎn)速高于設(shè)定轉(zhuǎn)速時(shí)，控制步進(jìn)電機(jī)反轉(zhuǎn)，旁通氣閥關(guān)小，缸內(nèi)混合氣減少，轉(zhuǎn)速下降，最終使汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速穩(wěn)定在目標(biāo)轉(zhuǎn)速附近。步進(jìn)電機(jī)的控制程序是基于狀態(tài)機(jī)設(shè)計(jì)的，程序流程圖如圖7所示。正轉(zhuǎn)st0->st1->st2->st3->st0，反轉(zhuǎn)st0->st3->st2->st1->st0。發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器采集到實(shí)際轉(zhuǎn)速反饋信號(hào)，與設(shè)定轉(zhuǎn)速信號(hào)進(jìn)行運(yùn)算，得到誤差和誤差變化率，再去查模糊控制規(guī)則表，從而形成了一個(gè)閉環(huán)控制系統(tǒng)，可見該系統(tǒng)具有實(shí)時(shí)跟蹤的性能和自我校正的功能。
為了驗(yàn)證系統(tǒng)的效果，在MATLAB中搭建數(shù)學(xué)模型，進(jìn)行模擬，結(jié)果如圖8所示。
評(píng)論