摘要：通過對模糊控制系統(tǒng)的基本原理進行分析，建立怠速旁通閥執(zhí)行器部分的數(shù)學(xué)模型、發(fā)動機部分的數(shù)學(xué)模型;利用Matlab模糊邏輯工具箱的圖形用戶界面進行仿真，得到怠速跟蹤曲線。通過改變怠速時發(fā)動機旁通閥開度與怠速關(guān)系二階系統(tǒng)模型的輸入，得到發(fā)動機空轉(zhuǎn)時的故障跟蹤曲線。結(jié)果表明：采用模糊控制方法對發(fā)動機怠速進行控制可以有效降低發(fā)動機空轉(zhuǎn)的波動幅度，進一步提高了發(fā)動機怠速運行的穩(wěn)定性，顯示了模糊控制的良好效果。

關(guān)鍵詞：故障診斷;怠速控制

0 ?引言

故障診斷是通過使用各種檢查和測試方法來發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)和設(shè)備是否有故障的過程。它主要基于信號處理和知識處理，從傳統(tǒng)的傅立葉變換到小波分析，為故障診斷的預(yù)處理提供了有效的技術(shù)捷徑。

隨著汽車工業(yè)的迅速發(fā)展，汽車保有量和生產(chǎn)量在不斷增長，發(fā)動機的故障診斷技術(shù)變得愈加重要，當(dāng)發(fā)動機出現(xiàn)故障且沒有及時注意和修復(fù)時，是非常危險的，輕則導(dǎo)致發(fā)動機出現(xiàn)更大問題，重則導(dǎo)致車毀人亡的悲劇。因此研究發(fā)動機的智能故障診斷技術(shù)具有實際意義。

1 ?建立怠速控制模型

1.1 建立怠速旁通閥執(zhí)行器模型

研究發(fā)現(xiàn)，怠速旁通閥和怠速執(zhí)行器的步進電機有密切關(guān)系，前者的開度直接影響著后者的輸出，且它們呈線性關(guān)系，即：

1.2 建立發(fā)動機模型

當(dāng)發(fā)動機空轉(zhuǎn)時，可以通過實驗獲得發(fā)動機轉(zhuǎn)速和旁通閥開度的模型。它代表了發(fā)動機空轉(zhuǎn)時，轉(zhuǎn)速和旁通閥開度的關(guān)系。轉(zhuǎn)速達到工作點時，旁通閥開度和發(fā)動機轉(zhuǎn)速兩者間的關(guān)系可由二階模型表示，模型的公式為：

1.3 故障下的數(shù)學(xué)模型

怠速控制的本質(zhì)是發(fā)動機空轉(zhuǎn)時對通氣量的控制。在發(fā)動機空轉(zhuǎn)時，對燃料噴射量進行控制，使之與怠速期間的充氣量相匹配，并且到達怠速空燃比的要求。當(dāng)節(jié)氣門完全關(guān)閉時，電子控制單元會依據(jù)節(jié)氣門信號、轉(zhuǎn)向信號、空調(diào)信號、溫度信號、空檔信號和發(fā)動機轉(zhuǎn)速信號來調(diào)節(jié)旁通氣道中的空氣量，保證發(fā)動機怠速運行。

因此，本文通過改變旁通閥開度，根據(jù)怠速與旁通閥開度之間的系統(tǒng)模型，改變其輸入信號的比例，來對發(fā)動機怠速工況下的故障進行診斷分析。其狀態(tài)空間表達式為：

2 ?空轉(zhuǎn)工況下仿真

Simulink中有一套用于構(gòu)建模糊推理系統(tǒng)的圖形用戶界面（GIU）。使用該圖形界面，可以直接執(zhí)行模糊系統(tǒng)的輸入和輸出語言變量的數(shù)量和去模糊的方法?？梢跃庉嬢斎牒洼敵稣Z言變量中函數(shù)類型和參數(shù);還可以直接添加、修改和刪除模糊規(guī)則。首先在Simulink環(huán)境中建立發(fā)動機怠速仿真模型。怠速仿真模型窗口如圖1所示。

將信號發(fā)生器（Signal Generator）中的波形（Wave form）設(shè)置為方波（Square），幅值（Amplitude）設(shè)置為50，頻率設(shè)置為0.05。分別設(shè)置示波器（Scope）的參數(shù)，飽和非線性（Saturation）的參數(shù)。

啟動Simulink仿真系統(tǒng)，設(shè)置正確的仿真參數(shù)后，離散傳遞函數(shù)模型（Discrete Transfer Fcn）中填入正常工況下的離散傳遞函數(shù)，啟動仿真。得到的系統(tǒng)輸出變化跟蹤曲線如圖2所示。

改變離散傳遞函數(shù)模型（Discrete Transfer Fcn）中離散傳遞函數(shù)為故障狀態(tài)下的傳遞函數(shù)，啟動仿真。得到的系統(tǒng)輸出變化跟蹤曲線如圖3所示。

由兩個不同的怠速跟蹤曲線可知：故障下的怠速較高，且較正常工況下更快達到峰值，平均怠速大于800r·min-1，在這種怠速狀態(tài)下，會引起點火正時紊亂、發(fā)動機怠速控制閥始終打開、節(jié)氣門故障和進氣管真空泄漏等故障。

3 ?結(jié)語

①把發(fā)動機怠速限制在650r·min-1到750r·min-1之間時，可以實現(xiàn)對發(fā)動機轉(zhuǎn)速變化的實時監(jiān)控。本文設(shè)定怠速下發(fā)動機無負載時，發(fā)動機轉(zhuǎn)速為650r·min-1;發(fā)動機有負載時，發(fā)動機轉(zhuǎn)速為750r·min-1。根據(jù)仿真結(jié)果，可以看出采用模糊控制方法對怠速進行控制時，發(fā)動機轉(zhuǎn)速相對穩(wěn)定。②在怠速情況下，怠速實際輸出值偏離設(shè)定值幅度較大，由此可知，當(dāng)旁通閥開度較大時容易引起發(fā)動機怠速不穩(wěn)的故障。利用模糊控制方法對發(fā)動機怠速進行控制，對減輕發(fā)動機怠速時轉(zhuǎn)速的波動有顯著效果，從而保證發(fā)動機怠速運行時的穩(wěn)定性，顯示了模糊控制的優(yōu)勢。

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作者簡介：溫永杰（1994-），男，重慶人，碩士研究生，主要研究方向為機械設(shè)計及理論。