基于BLDC电机的电子可变气门设计与性能分析

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电子可变气门技术能够根据实际工况实时的调节气门的配气定时以及升程大小,是改善汽车发动机性能的有效方法之一。根据现有可变气门技术的研究分析,本文提出了一种基于无刷直流(Brushless Direct Current,BLDC)电机的电子可变气门系统,该系统结构相对简单,且响应速度快、落座性能良好,可实现气门的全柔性调节。通过理论分析、系统仿真和试验方法开展了结构设计、控制方法与性能分析研究。具体研究工作如下:(1)提出了基于BLDC电机的电子可变气门总体设计方案。进行了系统设计的性能需求分析,针对该方案对不同形式的执行器以及传动机构进行了系统的评估,得到基于BLDC电机的电子可变气门总体方案。(2)完成了电子可变气门的结构设计。对系统进行了理论分析,以气门运动最大加速度为主要设计目标,基于电磁场有限元仿真软件对BLDC电机进行参数化设计,并对其中的主要部件传动机构进行了结构设计,通过理论校核验证了设计结构的可行性。(3)对电子可变气门的机械、磁路以及电路子系统进行了数学建模,并在此基础上设计了系统的位置环、速度环、电流环三闭环控制方案,提出了一种基于小脑模型神经网络(Cerebellar Model Articulation Controller,CMAC)-PID复合控制的位置环控制策略。并基于Matlab/Simulink对系统进行了仿真分析,对比分析了CMAC-PID复合控制相对于传统PID控制的优越性,对系统性能进行了分析,验证了算法的可行性,为后续试验奠定基础。(4)完成了试验台架搭建以及系统试验研究。基于d SPACE控制器设计了控制系统方案,并在此基础上完成了相关软硬件的设计,搭建了系统试验台架。试验结果表明,气门过渡时间、落座速度以及最大升程均满足设计要求,且与仿真结果相吻合,该电子可变气门系统能够很好的实现气门的全可变性能。
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