基于DSP的电子节气门PID控制

　　三、PID控制原理

　　由于节气门体中存在非线性弹簧、粘性摩擦和滑动摩擦、进气扰动及齿隙冲击等，导致了控制对象为一严重非线性系统，控制难度较高。PID控制不需要测量系统的模型，容易实现，所以本文选择了使用PID控制策略进行控制。PID控制将偏差的比例P、积分I和微分D通过线性组合构成控制量，对被控对象进行控制，故称PID控制。

　　PID控制系统是一种线性控制系统，如图3所示，控制偏差e（t）为目标值与实际输出值之差：

　　e（t）=r（t）-y（t）（1）

　　PID控制规律为：

　　式中：KP——比例系数；

　　TI——积分时间常数；

　　TD——微分时间常数。

　　KP成比例地反映控制系统的偏差信号e（t），偏差一旦产生，控制系统立即产生控制作用以减小偏差。

　　TI主要用于消除静差，提高系统的无差度，积分作用的强弱取决于积分时间常数TI，TI越大积分作用越弱，反之则越强。

　　TD反应偏差信号的变化趋势（变化速率），并能在偏差信号变得太大之前，在系统中引入一个有效的早期修正信号，从而加快系统的动作速度，减少调节周期。

　　在计算机PID控制中，需使用数字PID控制，本文使用增量式PID控制算法，公式如下：

　　△u（k）=KP[e（k）-e（k-1）]+KIe（k）+KD[

e（k）-2e（k-1）+e（k-2）]（3）

　　u（k）=u（k-1）+△u（k）（4）

　　式中：△u（k）——k时刻输出增量；

　　KI——积分系数；

　　KD——微分系数。

　　数字PID控制是连续系统中技术最成熟应用最广泛的一种控制，不需了解被控对象的数学模型，只要根据经验进行调整参数的在线整定，即可获得满意的效果，特别适用于软件编程的方法实现PID控制，参数变化十分灵活。具有控制原理简单、实现容易及稳定性好等优点。

　　由于节气门体中复位弹簧的作用，使节气门片的受力变得复杂，增加了控制的难度。节气门片向不同方向转动时其受力不同，转动范围大小也不同，因此，正、反转模型也就不同。于是需要设计正转和反转两组PID控制，其控制参数和流程均不同。程序需根据控制输出量值的正负，判断进入正转控制流程还是反转控制流程，并完成控制流程的非线性切换。

　　四、节气门控制实验

　　节气门开度控制实验中，节气门位置传感器的电压为反馈量，PWM的占空比信号为控制输出量。实验中由PC机监控系统向DSP发送目标开度值和PID控制参数，DSP根据控制参数和节气门位置信号计算并输出PWM信号，电机执行命令，控制电子节气门完成动作；同时DSP向PC机监控系统传送控制过程，PC机记录并显示实际控制效果，根据控制效果不断调整PID控制参数，最终达到最佳控制。图4记载了试验中进行的阶跃响应测试，参数KP=65，KI=125， KD="10"，电子节气门从初始值1200mV到目标值2000mV的阶跃变化情况。从系统的阶跃响应曲线可知节气门上升时间短且稳态跟踪误差小，满足系统响应和控制精度要求。

　　五、结论

　　试验表明，该控制系统具有性能稳定、抗干扰能力强和可靠性高等优点，取得了十分满意的控制效果，故该节气门控制系统具有很高的应用价值。

　　下一步将电子节气门控制系统装车，与发动机ECU整合，进行发动机实车试验，需要对电子节气门的控制特性进行深入研究，结合更有针对性的非线性智能控制方法，进一步提高发动机控制效果。