吳磊

摘 要：本文對于汽車發(fā)動機(jī)振動主要控制技術(shù)進(jìn)行分析。圍繞自動化控制理論，以發(fā)動機(jī)振動加速度，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)自適應(yīng)控制、自調(diào)整模糊控制、LQR控制等發(fā)動機(jī)振動主動主要控制模型進(jìn)行目標(biāo)分析。通過在線振動實驗等方法驗證，對于汽車發(fā)動機(jī)振動主動控制技術(shù)進(jìn)行試驗研究。期望能夠通過試驗研究，實現(xiàn)汽車發(fā)動機(jī)振動主動控制效果的提升。

汽車發(fā)動機(jī)的振動控制技術(shù)，包括主要控制技術(shù)，通過自動化控制、發(fā)動機(jī)振動加速度，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)自適應(yīng)控制、自調(diào)整模糊控制、LQR控制等理論的研究，在技術(shù)上的應(yīng)用中得到驗證，能夠發(fā)揮各種控制技術(shù)的優(yōu)缺點，組合應(yīng)用效果更佳。

1、汽車發(fā)動機(jī)振動

汽車發(fā)動機(jī)發(fā)生振動往往表現(xiàn)在整機(jī)振動或扭轉(zhuǎn)振動等方面，發(fā)動機(jī)總體振動反應(yīng)了發(fā)動機(jī)整體的質(zhì)量，因此對于控制系統(tǒng)中的各項環(huán)節(jié)進(jìn)行技術(shù)的提升，例如運用整機(jī)控制方法，采用被動控制單一頻率振動控制整機(jī)寬屏的振動控制等技術(shù)，使得發(fā)動機(jī)整機(jī)振動的變化幅度能夠控制在最小，整體提升發(fā)動機(jī)的減震效果，以發(fā)動機(jī)振動模型建立以及仿真運用現(xiàn)代控制理論，采用軟件模型的建立方法，對發(fā)動機(jī)這種震動進(jìn)行聯(lián)合仿真，采用實驗研究的方法，將發(fā)動機(jī)振動環(huán)境進(jìn)行目標(biāo)軟件的聯(lián)合仿真，從而得到關(guān)于系統(tǒng)的可控性穩(wěn)定性以及客觀性等的實驗結(jié)果。在實驗中目標(biāo)軟件環(huán)境包含了放大器傳感器激振器等主動控制設(shè)備，建立數(shù)學(xué)模型，采用多種控制算法，例如神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)自適應(yīng)、LQR控制自調(diào)整模糊控制等建立了線性二次模型。實驗結(jié)果表明，通過對發(fā)動機(jī)振動控制策略的積極探索，能夠充分的將發(fā)動機(jī)整機(jī)振動強(qiáng)度加以降低[1]。

2、汽車發(fā)動機(jī)振動主動控制試驗

2.1 建立發(fā)動機(jī)主要隔震數(shù)學(xué)模型.這一模型的建立，通過摸索已經(jīng)能夠得到適當(dāng)?shù)臏p震器布置位置，采用雙層隔振系統(tǒng)進(jìn)行控制策略的實施，發(fā)動機(jī)可以選擇多個懸置位置，例如對稱在發(fā)動機(jī)重心位置上進(jìn)行仿真分析，能夠得到垂直方向的振動控制效果，對發(fā)動機(jī)雙層隔振系統(tǒng)進(jìn)行模擬，首先要考慮基礎(chǔ)剛性的上下層質(zhì)量，在彈簧和阻尼器的剛度和阻尼的小位移范圍設(shè)置上，根據(jù)發(fā)動機(jī)的轉(zhuǎn)速，例如在6000轉(zhuǎn)每分鐘采用二階機(jī)械振動的系統(tǒng)運動方程予以展示。

在方程式中設(shè)置了輪胎和懸架的等效阻尼，輪胎懸架的等效剛度，車身質(zhì)量發(fā)動機(jī)垂直振動位移，發(fā)動機(jī)激勵，主動控制力等等數(shù)值。

應(yīng)用軟件建立發(fā)動機(jī)主要隔陣模型，軟件的接口，由工程系統(tǒng)建模來和仿真，采用圖形化開發(fā)的環(huán)境，進(jìn)行聯(lián)合的軟件仿真。在建模過程中運用現(xiàn)代化控制理論進(jìn)行任意終端的狀態(tài)確定輸出量是內(nèi)部狀態(tài)的變化、規(guī)律的組合，對于任意初始狀態(tài)進(jìn)行任意終端狀態(tài)的控制量的轉(zhuǎn)變，采用可控性狀態(tài)分量的方法，由輸出量測指令來確定線性組合的個狀態(tài)分量。

聯(lián)合仿真分析搭建模型與接口，采用電磁式振動器作為振動時受力時測量的設(shè)備，對于車身振動系統(tǒng)模型予以建立，運用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)自適應(yīng)控制系統(tǒng)自調(diào)整模糊，建立仿真工具箱，繪制仿真頻率圖[2]。

2.2 發(fā)動機(jī)振動主動控制系統(tǒng)實驗，首先進(jìn)行平臺實驗的布置，硬件環(huán)境上采用筆記本計算機(jī)和臺式機(jī)結(jié)合起來，設(shè)置pc擴(kuò)擴(kuò)展槽，直接將ASS輸入輸出卡插入到目標(biāo)機(jī)主板上，完成輸入輸出功能的設(shè)計。進(jìn)行采集數(shù)據(jù)的處理，完成控制系統(tǒng)的工作過程。

軟件環(huán)境上，操作系統(tǒng)所用程序為C語言編譯器，采用windows xp作為操作平臺，設(shè)計半實物實驗平臺，解決計算機(jī)與數(shù)據(jù)采集卡的接口問題，程序?qū)崟r性的保證問題分析模式，以上行程模型的中間描述文件支持多種類的I/O設(shè)備采用反卡進(jìn)行驅(qū)動程序等設(shè)置，設(shè)計者可以自己編寫驅(qū)動程序，也可以利用模塊進(jìn)行編譯[3]。

為了提高程序的運行速度，建立了神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)自適應(yīng)控制模型，將模型描述文件轉(zhuǎn)化為指定目標(biāo)代碼，在解釋性編程語言輸出時，進(jìn)行模塊圖源代碼版本的設(shè)置。關(guān)于程序?qū)崟r性的保證問題，在實驗過程中要注意所生成的編碼文件主要作用于模型生成源代碼指導(dǎo)上，進(jìn)行編譯和連接，主要用于用戶庫文件主程序的連接上。安裝目標(biāo)程序，編譯器要采用定步長進(jìn)行參數(shù)設(shè)置，對目標(biāo)進(jìn)行編譯之后，紡織利用BURLD命令完成目標(biāo)連接。在進(jìn)行主動振幅的實施時，采用雙層隔振裝置形成干擾力源主機(jī)上的實時控制模型由加速度傳感器進(jìn)行提取，采用網(wǎng)絡(luò)連接的方式將主機(jī)和目標(biāo)機(jī)進(jìn)行連接，由目標(biāo)機(jī)將信號數(shù)據(jù)傳輸給主機(jī)，由控制策略計算、主動控制硬件在環(huán)控制等方法，經(jīng)由目標(biāo)機(jī)把功率放大器作動器等完成整體的實驗[4]。

2.3 實現(xiàn)發(fā)動機(jī)振動的主動控制應(yīng)用.分析了系統(tǒng)的控制效果，XPC目標(biāo)構(gòu)建了發(fā)動機(jī)振動自適應(yīng)實時主動控制的硬件在環(huán)系統(tǒng)并應(yīng)用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)自適應(yīng)主動控制方法，進(jìn)行了實車試驗驗證了控制器的跟蹤性能.試驗表明.神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)自適應(yīng)主動控制方法可以較好地控制發(fā)動機(jī)的振動.。 實驗?zāi)懿杉降耐獠考钚盘栆沧C明神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)自適應(yīng)控制策略在降低發(fā)動機(jī)振動方面發(fā)揮重大作用，該方法下發(fā)動機(jī)得到了主控制力下的加速度信號，模擬出不同轉(zhuǎn)速下的各種控制車身加速度功率鞋峰值。

3、結(jié)果討論

經(jīng)過實驗分析發(fā)現(xiàn)控制器訓(xùn)練過程中采用多頻激勵信號來對激勵實驗中的控制效果進(jìn)行仿真，發(fā)現(xiàn)常用發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速達(dá)到2500轉(zhuǎn)每分鐘的時候，可以測得發(fā)動機(jī)振動頻率，通過主要權(quán)重因素調(diào)整的方式，在小范圍內(nèi)進(jìn)行控制要求的跟蹤。經(jīng)過掃描驗證個控制的性能，能夠滿足更重要求。

通過仿真過程，對于輸入輸出控制跟蹤控制以及系統(tǒng)資源控制等等。采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)自適應(yīng)控制的效果優(yōu)于其他兩種控制效果。建立神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)后調(diào)整最終輸出自動控制程序，確定控制器參數(shù)，實時的進(jìn)行靈活調(diào)控，可以實現(xiàn)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制下的系統(tǒng)資源，配置在硬件條件運行要求較高的時候，LQR控制對系統(tǒng)要求較低，適應(yīng)能力較差，而且采集到數(shù)據(jù)以后，由于運算速度過快，在建模和狀態(tài)空間的推導(dǎo)上，方法運用較為繁重，而模糊控制方法，由于跟蹤能力較差，對系統(tǒng)資源的硬件條件運行上不如仿真靈敏[5]。

通過自由模型建立以后，實現(xiàn)了輸入輸出端的控制，但是依然存在技術(shù)瓶頸，需要兩個MATLAB工具箱才能完成系統(tǒng)資源的運行。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在實現(xiàn)多輸入多輸出控制跟蹤性能較好控制效果明顯，運用網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練，實現(xiàn)靈敏的反映在實時控制中，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的模型還能夠影響控制器，提高學(xué)習(xí)性能，在較為復(fù)雜的模型環(huán)境下，能夠?qū)崟r地調(diào)整控制速度，得到精確的訓(xùn)練樣本，并且根據(jù)訓(xùn)練網(wǎng)絡(luò)的擬合性進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的設(shè)置。

結(jié)語

建立了發(fā)動機(jī)振動主動控制模型用于改善發(fā)動機(jī)的工作狀況，采用自動控制理論，包括神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)自適應(yīng)控制、LQR控制、自調(diào)整模糊控制策略在內(nèi)的軟硬件條件的設(shè)計，以發(fā)動機(jī)振動加速度作為控制目標(biāo)，利用微機(jī)控制技術(shù)，對其振動進(jìn)行有效的在線控制。各種控制策略的優(yōu)缺點在控制中進(jìn)行了精確的驗證，對于驗證控制系統(tǒng)的控制效果和跟蹤性能有很大幫助。

參考文獻(xiàn)

[1]金福藝，李超.航空發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)子系統(tǒng)主動抑振控制方法研究[J].長沙航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報，2019，19（1）：58-65.

[2]潘公宇，肖云強(qiáng)，任成.汽車發(fā)動機(jī)主動懸置模糊控制研究[J].機(jī)械設(shè)計與制造，2017，（z1）：133-136，140.

[3]閻礁，安一領(lǐng)，周大為，等.三缸發(fā)動機(jī)主動懸置滑模變結(jié)構(gòu)控制研究[J].上海汽車，2017，（11）：10-14.

[4]清華大學(xué)蘇州汽車研究院（相城）.一種汽車發(fā)動機(jī)噪聲主動控制系統(tǒng)：CN201721104852.0[P].2018-08-31.

[5]潘公宇，景雙龍，肖云強(qiáng).汽車發(fā)動機(jī)主動懸置振動控制策略研究[J].重慶理工大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2017，31（11）：1-8