基于FPGA的汽車油改氣電控系統(tǒng)的研究

　　
　　根據(jù)表1，模糊控制規(guī)則表用VerilogHDL描述如下：
　　
　　if((e==NB)(de==NB))u=NB；
　　
　　elseif((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。

　　
　　由圖8可知，一般情況下工作比較穩(wěn)定，當(dāng)系統(tǒng)設(shè)定速度的給定值在650r/min到750r/min之間，根據(jù)無負(fù)荷自動(dòng)變換，系統(tǒng)可以快速跟蹤其變化。當(dāng)有干擾時(shí)，加入階躍分別在100和155，可以看出經(jīng)過干擾以后，由于負(fù)荷的變化，轉(zhuǎn)速突然下降20r/min，系統(tǒng)經(jīng)過一段時(shí)間調(diào)節(jié)后，很快就上升到原來的穩(wěn)定值。仿真結(jié)果表明：采用模糊控制方法不僅有效，而且降低轉(zhuǎn)速的波動(dòng)幅度，進(jìn)一步提高了運(yùn)行的穩(wěn)定性，初步顯示了模糊控制的良好效果；同時(shí)，系統(tǒng)具有很強(qiáng)的抗干擾能力，為下一步實(shí)際應(yīng)用，改善汽車的排放性，提高燃?xì)饫寐蚀蛳铝肆己玫幕A(chǔ)。該系統(tǒng)能夠?qū)崟r(shí)地進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)控制，具有很強(qiáng)的實(shí)用價(jià)值。