1 控制系统硬件设计

1.1 控制板设计

控制板设定一个接口，接口连接一块液晶显示屏，控制液晶显示屏连接缸温测量模块，测量模块并联一个宽域氧传感器，传感器外部并联一个节气门模块，控制芯片采用MK60 DN512，利用其内部的晶振接口连接外部控制硬件，设定有源晶振的频率为50Hz，时钟内部采用无源晶振，振荡器直接连接多功能时钟发生器，并将时钟发生器产生的时钟信号作为参考信号值[1]。硬件的底层板放置多个传感器的接口，在接口JK-01连接硬件电源模块，为满足不同能耗内燃机的电压需求，将电源模块外部连接一个电压调节模块，当硬件电路的电压需求升高时，调节模块经由简单的电容稳波处理后，将电压进行升压处理。当硬件电路所需小数值电压时，电源电压降压产生VCC。在设计得到控制板结构后，形成硬件连接电路。

1.2 硬件连接电路

在硬件控制板结构下，完成一次控制复位时的驱动电路会形成一个工作停顿[2]，所以采用电源模块的输出端，设计一个功率驱动电路，转化内燃机形成的动能。所设计的驱动电路下，接口10连接一个能耗采集电路，采集电路主支路上放置一个R2电阻，负责阻断过大的电流值。在电阻主干路上划分为两个支路，支路1负责接收内燃机的输入信号，并将其处理为电压数值在0～5V左右的电压信号，传输至硬件控制板中[3]。支路2负责传输内燃机消耗的开关信号，硬件控制板监测内燃机内部消耗的油量大小，并通过调理电路产生3V大小的开关响应，以电压突变的形式传输至控制芯片中。综合上述设计处理，最终完成对控制系统硬件的设计。

2 控制系统软件设计

2.1 控制内燃机燃烧过程

以内燃机一次燃烧过程为台架试验过程，使用一个含有修正系数的方程表示内燃机的燃烧速度，在该燃烧速度的控制下，得到内燃机内部燃烧过程可表示为：

其中，X表示内燃机的燃烧百分比，φ表示瞬时曲轴转角，1φ表示燃烧起始角。为了减少内燃机的运行消耗，控制内燃机气门开启的时间断面为0.5m，采用符合内燃机内部配件转速最低需求的加速度大小，在加速度升程表的控制下，设定凸轮的型线。以凸轮线性与水平面的夹角为气门的开闭角度，引入一个气门升程函数，控制气门的开闭角度，函数可表示为：

其中，C0，Cp表示待定系数，p表示幂指数。在两种待定系数的控制下，设定内燃机凸轮的工作阶段，当待定系数C0大于零时，Cp大于零时，内燃机凸轮转角处于半包角的状态。当C小于零，Cp小于零时，内燃机凸轮转角处于全包角的状态。在两种凸轮包角状态的控制下，配合不同的开闭角度，控制内燃机内部燃烧过程。

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2.2 模拟量处理

在内燃机实际进行台架试验时，系统硬件受到外部环境的影响，系统实际控制的模拟量会产生变化，所以设定精度数值的位置数值为10，平滑处理含有误差的模拟量[4]。为了消除外部因素的干扰，选取模拟量的中位值，采用一阶滤波的处理方式，剔除多次采集中位值的最值，处理过程就可表示为：

其中，D表示滤波处理后的模拟量，N表示采样次数，iD表示第i次采集到的模拟量，Dmax表示采集过程中最大的模拟量，Dmin表示采集过程中最小的模拟量。针对内燃机内部零件位置移动产生的模拟量变化，调整公式（3）中对应硬件变化的模拟量，一阶滤波处理后，对捕捉到的小于公式（3）的数值进行溢出清零处理，此时控制软件不断更新内燃机的正常工作参数，以该参数为调整标准，控制硬件的工作频率在50Hz之内，经过再次捕捉后，检查内燃机内部各零件的工作状态是否符合标准。当不符合模拟量的标准时，在控制硬件的AD转换模块数字量变化在0～3500之间，不断标定输出的模拟信号，根据最终形成的MAP图，调整控制的模拟量。基于上述处理，最终完成内燃机台架试验控制系统的设计。

3 实验

3.1 实验准备

准备已知参数的柴油机作为台架实验的内燃机装置，准备的柴油机参数，（1.供油提前角，数值20。2.气缸数5。3.喷油泵为P8型。4.额定转速800r/min。5.增压器型号zy2407。6.额定功率250kW。7.近排气门5个。8.缸径150mm。9.排气总管温度小于或等于550摄氏度。10.行程220mm。11.飞轮齿数175。12.活塞总排量28.20L。13.发火顺序。14.压缩比12.4。15.燃油消耗率小于等于205g/kW.h）连接硬件结构，搭建实验环境，形成的实验环境。

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