基于FPGA的汽车油改气电控系统的研究与设计

文章摘要：为了验证系统的效果，在MATLAB中搭建数学模型，进行模拟，结果如图8所示。由图8可知，一般情况下工作比较稳定，当系统设定速度的给定值在650 r/min到750 r/min之间，根据无负荷自动变换，系统可以快速跟踪其变化。当有干扰时，加入阶跃分别在100和155，可以看出经过干扰以后，由于负荷的变化，转速突然下降20 r/min，系统经过一段时间调节后，很快就上升到原来的稳定值。仿真结果表明：采用模糊控制方法不仅有效，而且降低转速的波动幅度，进一步提高了运行的稳定性，初步显示了模糊控制的良好效果；同时，系统具有很强的抗干扰能力，为下一步实际应用，改善汽车的排放性，提高燃气利用率打下了良好的基

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　　为了验证系统的效果，在MATLAB中搭建数学模型，进行模拟，结果如图8所示。

　　由图8可知，一般情况下工作比较稳定，当系统设定速度的给定值在650 r/min到750 r/min之间，根据无负荷自动变换，系统可以快速跟踪其变化。当有干扰时，加入阶跃分别在100和155，可以看出经过干扰以后，由于负荷的变化，转速突然下降20 r/min，系统经过一段时间调节后，很快就上升到原来的稳定值。仿真结果表明：采用模糊控制方法不仅有效，而且降低转速的波动幅度，进一步提高了运行的稳定性，初步显示了模糊控制的良好效果；同时，系统具有很强的抗干扰能力，为下一步实际应用，改善汽车的排放性，提高燃气利用率打下了良好的基础。该系统能够实时地进行现场控制，具有很强的实用价值。

　　2.4 PWM产生模块设计

　　喷气PWM波脉宽产生是根据查表法实现的。FPGA采集的转速信号和节气门开度信号经过计算求出某时刻对应的喷气脉宽对应的地址，输出相应的PWM波。

　　为了适应各种不同的喷气设备，ECU出来的四路PWM波设计为根据实际情况可以随时调整。特点为：(1)四个缸的工作频率及占空比是一样的，经实际测量，在汽车运行状态下T0为10~35 ms。(2)频率会根据油门的开闭大小变化，不固定。(3)脉冲为-12 V电平。(4)特殊情况，在汽车转速达到4 000转时，波形发生变化，脉冲有交错。根据燃气的使用效果，发现只要把原先的脉宽T1适当缩短，缩短的时间可调，就能达到最佳的效果。不过，脉冲的起始时间不能变；频率是根据气门的变化而变化的。在油改气的时候，频率不能变。

　　PWM测量和减短仿真图如图9所示，图中虚线竖条的时间间隔为1.310 75 ms，为了明显起见，在图中固定减去了1.5 ms输出，在实际应用过程中，这个值可以根据需要，通过电位器将电压输入至FPGA器件，根据需要进行调整。

　　2.5 通信模块以及仿真结果

　　根据RS232异步串行通信的帧格式，在FPGA发送模块中采用的每一帧格式为：1位开始位+8位数据位+1位停止位，波特率为9 600 b/s。由设置的波特率可以算出分频系数，具体算法为分频系数X=CLK/(BOUND×2)。串行数据通信仿真图如图10所示。

　　该系统不但实现了数据采集，通过模糊控制为喷气装置产生了包含点火时间以及喷气脉宽的PWM波，实现了系统的稳定性和实时性，同时能够实时采集转速信号和节气门开度信号并通过UART传送到上位机，实时地进行监测和控制。

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