摘要：针对电控发动机中怠速控制（Idle Speed Control， ISC）系统工作过程的特点和规律，把模糊逻辑理论应用于发动机的怠速控制，提出了相应的模糊控制规律及模糊控制表，根据模糊控制规则建立了怠速控制系统的数学模型，在MATLAB/Simulink动态仿真集成环境中进行了怠速跟踪性和抗干扰性的仿真研究，结果表明系统怠速平稳，而且具有很好的抗干扰特性。

关键词：模糊逻辑理论 怠速控制 ISC MATLAB Simulink 仿真

中图分类号：TP273 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2014）08-0013-02

从控制理论上来说，怠速工况具有明显的非线性，时变性和不确定性，因此很难得到其精确的数学模型。而传统的PID控制又依赖于系统精确的数学模型，所以很难达到理想的控制效果。然而，模糊控制的优点恰是不依赖系统精确的数学模型，它模仿人在控制活的中的模糊概念和控制策略，对系统的参数变化和外部干扰具有很强的鲁棒性。因此，模糊控制和怠速系统是很好的结合。本文根据电控发动机的怠速系统的工作特点，设计了怠速模糊控制系统，根据模糊控制规则建立了怠速控制系统数学模型，并进行了MATLAB/Simulink的仿真研究。

1 怠速模糊控制系统工作原理

怠速控制是指怠速时转速的控制，实质上市对怠速时的气缸充气量进行控制。在发动机运行时，传感器通过检测到的转速n，负荷P，冷却水温T和电瓶电压E等信号后经ECU计算后确定怠速电动机调节步数u及发动机的目标怠速转速n0。控制系统将检测到的实际转速n也目标转速n0进行比较，当nn0时，关小旁通气阀，减少混合气，转速下降。

当模糊论域为离散时，fuzzy量化后的输入、输出量是有限的，可以通过各种组合离线计算对应的控制量，大大减少了在线的计算量。图1是怠速模糊控制系统结构框图，其中k1，k2，k3为尺度变换的量化因子。怠速模糊控制系统采用二维模糊控制器，以误差和误差的变化为输入量，以控制量的变化作为控制器的输出。

2 怠速控制系统数学模型

由于点火时刻，空燃比控制盒怠速控制都是相对独立的过程，因此可以将怠速控制系统动态模型简化成单输入/单输出的控制系统，输入量为步进电动机的工作步数，输出量为怠速转速，如图2所示。

由于很难建立一个复杂的动力学过程的怠速控制系统的精确模型，因此，通常将怠速控制系统的数学模型简化为工作点附近线性化的降维模型，如图3所示。

2.1 怠速旁通阀数学模型

由表1和得出，电动机工作步数是0～128步，与旁通阀开度0%～100%，近似可看成直线关系，故视为其数学模型为比例环节，即

在发动机怠速运行的状态下，我们所讨论的理论工作范围为怠速从600r/min提高到800r/min，，旁通阀开度值为27%，即

2.2 发动机数学模型

在此工作过点附近，怠速旁通阀的开度与怠速关机可近似为一个二阶系统模型，离散的状态空间表达式可近似为公式1所示。

3 模糊规则的确定

模糊控制器的输入是发动机转速误差e，和误差变化率de，输出量是旁通阀调节量的步进发电机步数u。取误差，误差变化率即输出变量的模糊集整数论语均为[-6 +6]，划分为13个等级。

发动机转速的误差e的实际变化范围是，de的实际变化范围是，，步进电动机的工作步数u的实际变化范围是步，模糊论域均为，所以e，de，u的量化因子分别为：

本控制器当中转速误差e和步进电动机步数u取为7个模糊子集，分别是{负大，负中，负小，零，正小，正中，正大}，即{NB，NM，NS，ZE，PS，PM，PB}，把转速误差de的模糊自己取为8个，分别是{负大，负中，负小，负零，正零，正小，正中，正大}，即{NB，NM，NS，NZ，PZ，PS，PM，PB}。得到一组由56条模糊条件语句构成的控制规则，总结为模糊控制规则表2。表2表示的模糊规则为：

R1：如果e是NB and de是NB，则u是NB；R2：如果e是NB and de是NM，则u是NB；R56：如果e是PB and de是PB，则u是PB。

4 系统仿真

在Matlab/Simulink环境中搭建怠速仿真模型如图4，设置输入为600rad/min～800rad/min的方波，查看仿真曲线如图5所示。

5 结语

系统的设定值是600rad/min～800rad/min的方波，无负载空转时设定为600rad/min，有负载怠速设定为800rad/min。通过怠速系统仿真曲线可以看出实际输出值可以很快跟踪到设定值，因此，采用模糊逻辑理论的方法可以有效对怠速系统进行控制，而且得到的实际输出值波动很小，控制效果良好，确保了汽油机怠速运行的稳定性。

参考文献

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