基于FPGA的汽車油改氣電控系統(tǒng)的研究
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根據表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分別對應一段輸入的誤差、誤差變化率的范圍。還可以對汽車轉速誤差和轉速誤差變化率論域進一步細分，得到更精確的結果，仿真結果如圖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對應的是步進電機的步數，用于后面生成脈沖信號。步進電機的正反轉是基于前端的模糊控制模塊輸出信號控制的，控制單元實時檢測汽車發(fā)動機的轉速并與設定的目標轉速進行比較。當轉速低于設定值時，控制步進電機正轉，開大旁通氣道截面，增加進氣量，缸內的可燃混合氣增多，轉速上升；反之，轉速高于設定轉速時，控制步進電機反轉，旁通氣閥關小，缸內混合氣減少，轉速下降，最終使汽車發(fā)動機的轉速穩(wěn)定在目標轉速附近。步進電機的控制程序是基于狀態(tài)機設計的，程序流程圖如圖7所示。正轉st0->st1->st2->st3->st0，反轉st0->st3->st2->st1->st0。發(fā)動機轉速傳感器采集到實際轉速反饋信號，與設定轉速信號進行運算，得到誤差和誤差變化率，再去查模糊控制規(guī)則表，從而形成了一個閉環(huán)控制系統(tǒng)，可見該系統(tǒng)具有實時跟蹤的性能和自我校正的功能。
為了驗證系統(tǒng)的效果，在MATLAB中搭建數學模型，進行模擬，結果如圖8所示。
由圖8可知，一般情況下工作比較穩(wěn)定，當系統(tǒng)設定速度的給定值在650r/min到750r/min之間，根據無負荷自動變換，系統(tǒng)可以快速跟蹤其變化。當有干擾時，加入階躍分別在100和155，可以看出經過干擾以后，由于負荷的變化，轉速突然下降20r/min，系統(tǒng)經過一段時間調節(jié)后，很快就上升到原來的穩(wěn)定值。仿真結果表明：采用模糊控制方法不僅有效，而且降低轉速的波動幅度，進一步提高了運行的穩(wěn)定性，初步顯示了模糊控制的良好效果；同時，系統(tǒng)具有很強的抗干擾能力，為下一步實際應用，改善汽車的排放性，提高燃氣利用率打下了良好的基礎。該系統(tǒng)能夠實時地進行現場控制，具有很強的實用價值。
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