第 33卷 第 12期 控 制 与 决 策 Vol.33 No.12
2018年 12月 Control and Decision Dec. 2018
文章编号: 1001-0920(2018)12-2277-06 DOI: 10.13195/j.kzyjc.2017.0820
基于IMC原理的电子节气门控制策略
徐金榜, 赵泓昊
†
, 熊文羽, 龚齐昶翼
(华中科技大学 自动化学院，武汉 430074)
摘 要: 发动机系统中的电子节气门是一种典型的非线性控制对象, 特别是节气门运动过程中的弹簧扭矩和摩擦
阻力十分复杂, 其数学模型很难精确建立, 参数不易获取. 针对电子节气门的非线性因素, 提出一种内模控制器的
设计方法. 首先分析电子节气门系统的数学模型, 在 Matlab/Simulink 仿真平台上对模型的有效性进行验证, 进而
以内模控制结构为基础, 建立电子节气门复域模型, 分析系统的非线性干扰, 设计针对时变参数的内模控制器. 仿
真结果显示, 在模型较精确的情况下, 内模控制器具有优于传统 PID和一般滑模控制的控制性能, 而在模型失配的
情况下, 内模控制器的鲁棒性能够保证它的控制性能仍然优于传统 PID. 在所提出的内模控制器设计方法中, 前馈
滤波器的设计并未用到任何系统参数, 但仍然能够保证理想的稳态响应和扰动响应, 因此所提出方法相比于很多
针对具体模型的控制策略,具有更好的实用价值.
关键词: 电子节气门；非线性干扰；内模控制原理；时变参数；模型失配；阶跃响应；扰动响应
中图分类号: TP273 文献标志码: A
Electronic throttle control strategy based on IMC principle
XU Jin-bang, ZHAO Hong-hao
†
, XIONG Wen-yu, GONG Qi-chang-yi
(School of Automation，Huazhong University of Science and Technology，Wuhan 430074，China)
Abstract: The electronic throttle of engine is a typical nonlinear object, especially the spring torque and frictional
resistance during the rotation process is very complex. Its mathematical model is difficult to be accurately established,
and the parameters are not easy to be got. This paper proposes a design method of the internal model controller to
solve the nonlinear factor of the electronic throttle. Firstly, the mathematical model of the electronic throttle system is
analyzed, and the validity of the model is verified on the Matlab/Simulink simulation platform. Then, the electronic
throttle complex field model is established based on the inter nal model control structure. The nonlinear interference of
the system is analyzed, and the internal model controller is designed for the time-varying parameters. The simulation
results show that the internal model controller has better performance than the traditional PID and the ordinar y sliding
mode control in the case of relatively accurate model, and the robustness of the internal model controller guarantees that
its performance is still better than the traditional PID in the case of mismatched model. In the design method of the
internal model controller proposed in this paper, system parameters are not required to design the feedforward filter, but
the ideal steady-state response and disturbance response is still guaranteed. Therefore, this method has better practical
significance compared with many model-specific control strategies.
Keywords: electronic throttle；nonlinear interference；internal model control principle；time-varying parameters；model
mismatch；step response；disturbance response
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在汽车工业不断发展的今天, 电子技术在汽车上
的应用越来越广泛,电控系统已经成为汽车系统的核
心. 电子节气门作为汽车电子中不可缺少的一环, 在
发动机动力控制、最优空燃比控制、提高车辆经济
性、减少有害物质排放等方面起着至关重要的作用,
在一些比较简单的应用场合,电子节气门可以作为唯
一执行器来控制发动机的运行状况.
对电子节气门控制 (ETC) 的研究在近年来变得
越来越重要,很多研究者都提出了自己的方法来提升
电子节气门的控制效果, 且多数控制策略都是以 PID
控制器为基础. 电子节气门包含很多典型的非线性
收稿日期: 2017-06-26；修回日期: 2017-12-29.
基金项目: 国家自然科学基金项目(61472154)；武器装备预研基金项目(9140A33010115JW05013).
责任编委: 关治洪.
作者简介: 徐金榜 (1973−), 男, 教授, 博士生导师, 从事电力电子与运动控制以及新能源汽车相关技术等研究；赵泓
昊 (1992−), 男, 硕士生, 从事发动机控制系统关键技术的研究.
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通讯作者. E-mail: 363832475@qq.com
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