EGR型柴油热风炉气体混合控制系统的研究【毕业论文】.doc

1、 本科 毕业 论文 (设计 ) （二零 届） EGR 型柴油热风炉气体混合控制系统的研究 所在学院 专业班级 电气工程及其自动化 学生姓名 学号 指导教师 职称 完成日期 年 月 - 1 - 摘 要 本文阐述 EGR 型柴油热风炉气体混合控制系统，采用 89C51 芯片来控制，利用单片机软件编程灵活、自由度大的特点， 力求用软件完善各种控制算法和逻辑控制。利用模糊 PID 控制器来控制废气再循环返还量，为了精确地控制 EGR 率，采用微机控制 EGR 阀。控制方法有二种，其一为 EGR 阀的开度保持一定不变；其二为 EGR 阀循环开闭，每一开闭循环周期恒定。这二种方法都能使 EGR 率保持不变

2、。本系统采用 EGR 阀循环开闭，来保持 EGR 率不变 1。将柴油、空气和 EGR 返回的废气在混合器混合燃烧，燃烧后的废气受 EGR 阀控制废气还流量返回混合器，剩余的废气排出室外。同时，利用单片机对喷油器喷油点火和炉风机开停的进行准确的控制，对于喷油器喷油点火通过 外加是压力传感器检测高压油管内压力波的方法确定点火时间，针对传统 PID 控制器对风机这类大滞后、非线性负载无法达到较好控制效果的问题，研制出模糊 PID 控制系统来控制柴油热风炉和风机，模糊 PID 控制系统比传统的 PID 控制系统响应时间短，超调量小，稳态精度高，动、静态性能良好。使控制器工作稳定，控制精度高，改进的 P

3、ID 算法超调量大大降低。 关键词 ：柴油热风炉 ； 废气再循环； PID 控制；模糊控制 - 2 - Abstract In this paper, gas stove exhaust gas recirculation diesel hybrid control system, using 89C51 chip to control the use of SCM software, flexible programming, the characteristics of a large degree of freedom, and strive to improve the various

4、 control algorithms in software and logic control. Fuzzy proportion integration differentiation controller to control the return of the amount of exhaust gas recirculation, in order to precisely control the EGR rate, EGR valve using computer control. There are two control methods, one for the EGR va

5、lve opening to maintain a certain constant, second cycle for the EGR valve opening and closing, opening and closing of each cycle is constant. These two methods can make the EGR rate remained unchanged. This system uses the EGR valve opening and closing cycle to maintain the EGR rate remains unchang

6、ed . Diesel, air and EGR mixer back in the combustion exhaust gas, combustion exhaust gas by the EGR valve to control exhaust gas also flows back mixer, the remaining waste gas exhausted to the outside. At the same time, the use of single chip on the ignition and fuel injection injector open furnace

7、 fan stop accurately control the ignition for the fuel injector fuel injection pressure sensor is detected by external pressure tubing to the pressure wave method to determine the ignition time, the traditional PID control such large delay on the fan control, nonlinear load can not achieve good cont

8、rol performance issues, developed a fuzzy PID control system to control the diesel stove and fan, fuzzy PID control system than the trad itional PID control system response time is short, super- transfer a small amount of steady-state, high precision, dynamic and static performance is good. The cont

9、roller is stable, high control precision, improved PID algorithm is greatly reduced overshoot. Key words: Diesel Stove; EGR; PID Control; Fuzzy Control; - 3 - 目 录 1 引言 .1 2 EGR柴油热风炉气体混合控制系统总体设计 .2 3 模糊 PID控制理论 .4 3.1 PID控制器 .4 3.1.1 PID控制的发展 .4 3.1.2 PID控制理论 .4 3.1.3 PID控制算法 .5 3.2 模糊控制原理 .6 3.3 模糊

10、PID复合控制算法 .6 3.3.1 模糊 PID控制 .6 3.3.2 模糊 PID算法应用 .7 4 EGR柴油热风炉气体混合控制系统硬件设计 . 11 4.1 EGR柴油热风炉 . 11 4.1.1 EGR型柴油热风炉现状 . 11 4.1.2 EGR技术 . 11 4.1.3 气体混合控制 .12 4.1.4 柴油热风炉 EGR热交换系统组成 .12 4.1.5 EGR柴油热风炉的工作原理 .13 4.2 喷油器的喷油点火控制 .13 4.2.1供油子系统 .13 4.2.2测控子系统 .14 4.3 温度控制器 .14 4.3.1 CPU模块 .15 4.3.2 信号输入模块 .15

11、 4.3.3 控制输出模块 .15 4.3.4 键盘显示模块 .15 4.3.5 时钟模块 .15 4.3.6 数据存储模块 .16 4.3.7 状态输入模块 .16 5 EGR柴油热风炉气体混合控制系统软件设计 .17 5.1 喷油点火程序流程图 .17 5.2 温度控制器程序流程图 .18 5.2.1 控制策略 .18 5.2.2 控制过程 .19 5.3 EGR柴油热风炉控制 .20 5.3.1 EGR控制器 .20 5.3.2 EGR控制策略 .20 6 对比试验 .22 - 4 - 7 结论 .23 致 谢 . 错误 !未定义书签。 参考文献 .24 附录 .26 附件一：部分源程序

12、 .26 1、温度读取子程序 .26 2、 LED显示子程序 .27 1 - 1 - 1 引言 由于当今环境日益恶化，大气污染严重，汽车尾气排放已经成为社会所关注的焦点，越来越多的城市提倡无车日，以提醒公众对环境问题的重视。但是汽车是人类重要的交通工具，要解决汽车排放问题，不仅要依靠政府的政策法规，更重要的是要加快汽车工业技术的发展，利用新技术来解决汽车所带来的环境问题。对于该现象使用废气再循环（ EGR）技术能够大大的而降低有害气体的排出量，而废气产生的热量能够得到很好的利用。本文是基于 EGR 型柴油热风炉气体混合控制系统，利用模糊 PID 控制器来控制废气再循环， 采用 EGR 阀循环开

13、闭，来保持 EGR 率不变。将柴油、空气和 EGR 返回的废气在混合器混合燃烧，燃烧后的废气受 EGR 阀控制废气还流量返回混合器，剩余的废气排出室外。这样既能满足加温的要求，又能提高了柴油热风炉的热利用率，符合高效低耗、节能降污的现代控制要求，有其重要意义。与现有技术相比，该技术的优点在于通过增加柴油热风炉废气再循环的方法及发明了相应的设备，如 EGR 管、 EGR 阀、气体混合器和EGR 控制器。在成本增加不多的条件下，使柴油热风炉在各种工况下都可实现废气再循环，从而提高柴油热风炉的热效率，降低排放污，并且 方法简便、柴油热风炉结构简单、价格低廉，使用、拆装和维修方便。研究 EGR 柴油热

14、风炉的目的在于拓宽废气再循环技术的使用范围 ,以提供一种简单可靠的用在柴油热风炉中的废气再循环技术措施。利用 EGR技术不仅能降低 :NOx 排放污染 ;而且能提高柴油热风炉的热利用率 ,节约能源。这对以后EGR 型柴油热风炉的研究有着重大的意义。 2 - 2 - 2 EGR 柴油热风炉气体混合控制系统总体设计 EGR 型柴油热风炉系统主要分成三大部分：喷油点火、热风炉和炉风机。对喷油点火部分采用 AT89C52 单片机为核心，来实现对喷油点火的控制。以 AT89C51 为核心的单片机对热风炉温度进行监测和控制。由于炉风机的作用直接影响到炉内的温度，所以炉风机的控制采用以 AT89C51 为核

15、心的单片机。由于炉风机的起动不能太频繁，所以设定的温度范围要适中，查阅有关资料及实验证明最佳温度范围在 25 5 , 67854311101291、炉风机 2、换热器 3、 EGR 管 4、 EGR 阀 5、 EGR 控制器 6、废气排出管 7、柴油热风炉 8、进气管 9、混合器 10、燃烧室 11、 塑料连栋大棚 图 2-1 温室微机控制柴 油热风炉 EGR 热交换系统的布局 3 - 3 - 图 2-2 EGR 式柴油热风炉 加热系统的正面 图 2-3 EGR 式柴油热风炉加热系统的侧面 4 - 4 - 3 模糊 PID 控制理论 3.1 PID 控制器 3.1.1 PID 控制的发展 19

16、32 年出生在瑞典后来移民美国的奈奎斯特（ HNyquist）发表了论文，采用图形的方法来判断系统的稳定性，如图 3-1 所示。在其基础上伯德（ HWBode）等人建立了一套在频域范 围设计反馈放大器的方法。这套方法，后来用于自动控制系统的分析与设计。 图 3-1 PID 调节温度曲线 与此同时，反馈控制原理开始应用于工业过程中。 1936 年英国的考伦德（ ACallender）和斯蒂文森（ AStevenson）等人给出了 PID 控制器的方法。 PID 控制是在自动控制技术中占有非常重要地位的控制方法。 P（ Proportional，比例）； I（ Integrative，积分）； D

17、（ Derivative，微分）。 PID控制的含义是，将经过反馈后得到的误差信号分别进行比例、积分和微分运算后再叠 加得到控制器输出信号。这种控制方式适合相当多的被控对象，目前仍然广泛地运用于多数自动控制系统。 3.1.2 PID 控制理论 PID 调节器是一种线性调节器，他将给定值 r（ t）与实际输出值 c（ t）的偏差的比例、积分（ I）、微分（ D）通过线性组合构成控制量，被控制对象进行控制： PID 调节器的微分方程 5 - 5 - 101 ( )( ) ( ) ( )1pD d e tu t K e t e t d t TT d t （ 3-1） 式中 e(t)=r(t)-c(t

18、) PID 调节器的传输函数 1( ) 1( ) 1() pDUSD s K T SE S T S （ 3-2） PID 控制器各校正黄杰的作用如下； i比例环节即时成比例地反映控制系统的偏差信号 e(t),偏差一旦产生，控制器立即产生控制作用，以减少偏差； ii 积分环节主要用于消除静差，提高系统的无差度； iii 积分环节能否反映偏差信号的变化趋势（变化速率）。并且能在偏差信号值变得太大之前，在系统中引入一个有效地早期修正信 号，从而加快系统的动作速度，减少调节时间。 3.1.3 PID 控制算法 1、 位置型控制 -例如图 3-2 调节阀控制 0 001( ) ( ) ( ) ( ) ( 1 )np i TTu n K e n e i e n e n uTT （ 3-3） 图 3-2 数字 PID 位置型控制示意图 2、增量型控制 -例如图 3-3 步进电机控制 1( ) ( ) ( 1 )( ) ( 1 ) ( ) ( ) 2 ( 1 ) ( 2)Dp p pu n u n u nTTK e n e n K e n K e n e n e nTT （ 3-4） 图 3-3 数字 PID 增量型控制示意图 _ + c(t) r(t) e(t) u PID 位置算法 调节阀 被控对象 _ + c(t) r(t) e(t) u PID 增量算法 步进电机 被控对象