2.4.2　脈寬驅(qū)動函數(shù)

(1)脈寬驅(qū)動的概念

脈寬調(diào)制驅(qū)動(PWM)其實用的也是開關(guān)量輸出口,這種輸出口具有如下特點:

① 有高電平(1)和低電平(0)兩種輸出狀態(tài);

② 有一定的負(fù)載能力;

③ 可以在兩種輸出狀態(tài)間做較快速的切換。

其中第③項要求有別于普通的開關(guān)量輸出口,是PWM輸出口特有的功能要求。PWM輸出口電平可以快速切換,并能通過軟件控制。先確定一個固定的轉(zhuǎn)換頻率,常采用0.1~10kHz。對于機械部件的驅(qū)動,選定轉(zhuǎn)換頻率主要取決于受驅(qū)動對象的運動慣性,較小的慣性應(yīng)使用較高的頻率。然后根據(jù)稱作占空比的參數(shù)來對輸出的有效電平做調(diào)整。占空比是指在輸出波形中有電流輸出時的電平在所有時間段中所占的比例。在中小型電控柴油機上,一般在PWM驅(qū)動控制時選用12V的輸出高電平值。很容易說明,輸出電平頻率不變時,輸出的有效電壓與占空比成正比,當(dāng)占空比由0%變化到100%時,有效電壓將由OV變?yōu)?2V。

PWM驅(qū)動的功能很大程度地替代了以前使用的數(shù)模轉(zhuǎn)換器輸出驅(qū)動。對比數(shù)模轉(zhuǎn)換器,PWM方式既容易實現(xiàn)又有較好的應(yīng)用效果,因此得到了廣泛應(yīng)用。

(2)脈寬驅(qū)動的實現(xiàn)

PWM驅(qū)動的功能在ECU中是最常用的輸出功能之一。在ECU底層也有對應(yīng)的操作功能函數(shù)。

在我們的實例中,底層資源里有四個用于PWM輸出驅(qū)動的資源,包括硬件接口和底層函數(shù),輸出高電平都是12V。底層函數(shù)的說明為:

　　PWM OUT?函數(shù)的功能是對其相關(guān)的輸出口的輸出狀態(tài)做設(shè)置,使其以SPS占空比輸出PWM信號。運行這一函數(shù)后,對應(yīng)輸出口狀態(tài)會維持在設(shè)定的輸出狀態(tài)持續(xù)工作,除非用新的占空比再次運行這一函數(shù),輸出狀態(tài)不會改變。

目前在中小型電控柴油機上的主要PWM驅(qū)動對象如下:

① 電控分配泵的供油量控制。通過對PWM的占空比的調(diào)節(jié),可使旋轉(zhuǎn)電磁鐵旋轉(zhuǎn)角度改變,實現(xiàn)對滑套位置的調(diào)整。上節(jié)提到過,由于對分配泵油量調(diào)節(jié)的控制有較高的精度要求,因此常設(shè)置單獨的函數(shù)來實現(xiàn)。

② 廢氣再循環(huán)(EGR)閥的控制。由于柴油機的排氣溫度較高,因此一般采用真空調(diào)節(jié)式EGR閥。使用這種EGR閥,ECU的控制對象其實是一個真空閥。通過對真空閥開度的控制,調(diào)整EGR閥真空腔的真空度,從而控制了EGR閥的開度。

③ 高壓共軌泵的比例電磁閥控制。這種電磁閥存在于大連新風(fēng)集團(tuán)生產(chǎn)的高壓共軌系統(tǒng)中,是一種較新型的控制系統(tǒng)。它被用于自低壓油路向高壓燃油泵供油的油路中,通過對比例電磁鐵的PWM控制,實現(xiàn)對燃油泵供油量的控制,從而實現(xiàn)對軌壓的調(diào)整和控制。

④ 電控分配泵供油提前角控制。電控分配泵的供油提前角是依靠一個泄油電磁閥來實現(xiàn)控制的。在穩(wěn)態(tài)運行時,這個電磁閥的開度越大,供油提前角就會越小。對于此電磁閥的開度控制也是通過PWM驅(qū)動來實現(xiàn)的。當(dāng)PWM輸出的占空比增加時,電磁閥的開度增加,電控分配泵的供油提前角隨之變小。

⑤ 可調(diào)噴嘴環(huán)(VNT)的控制。這種系統(tǒng)目前在國內(nèi)應(yīng)用還不多,但被認(rèn)為是一種很有前途的部件。對這種設(shè)備的控制也是通過PWM方式實現(xiàn)的。

通過PWM方式的控制方法,無論是控制旋轉(zhuǎn)電磁鐵、比例電磁鐵還是真空電磁閥,都會由于一些原因(如磁滯作用、氣流波動等)造成驅(qū)動強度與控制效果的關(guān)系偏差,也就是說,一定的驅(qū)動強度并不嚴(yán)格對應(yīng)著某一驅(qū)動效果。實際應(yīng)用中為了解決這一問題,實現(xiàn)受控對象位置的較精確定位,一般都在受控對象上裝有位移傳感器。

利用傳感器對受控對象的位移值做監(jiān)測,并通過PID反饋控制,實現(xiàn)對位移量的較準(zhǔn)確控制。目前在實際的中小型電控柴油機中,一般只用得到上述的一種或兩種PWM驅(qū)動。隨著對電控柴油機性能控制要求的提高,可能會有多種控制要求同時提出。例如:用新風(fēng)集團(tuán)電控高壓共軌系統(tǒng)配置柴油機,需同時設(shè)置軌壓調(diào)整比例電磁閥控制、EGR控制、VNT控制。這就需要有三種PWM驅(qū)動功能在工作。較熟練地掌握PWM控制的運用方法,有助于實現(xiàn)對這些新型電控柴油機部件的綜合運用,可以較大地提升柴油機的工作品質(zhì)。

(3)脈寬驅(qū)動的實例——控制EGR閥

為實現(xiàn)對EGR的控制,必須完成以下步驟:

① 連接好控制EGR的導(dǎo)線。如圖2?18所示,從EGR閥上的位置傳感器引出ECU信號傳入ECU的模擬量輸入口;從ECU引出控制線連接EGR真空閥控制端口。

② 設(shè)置EGR位置傳感器的輸入任務(wù)。對于EGR位置傳感器的輸入采用擴(kuò)展的第1個模擬信號輸入通道。任務(wù)號為51,任務(wù)名為 AIT_In1。可以與其他模擬量輸入任務(wù)同時啟動本任務(wù),也可以選擇另外的時機啟動本任務(wù)。

如果采用前一種方法,則可在以前的程序中增加內(nèi)容:

　　③ EGR位置采樣值處理。執(zhí)行采樣函數(shù) AIT_In1()后,得到兩個全局變量A_In1_D和A_Inl_S,其中A_In1_D是EGR位置采樣值的數(shù)字量,而 A_In1_S獲得這一數(shù)值量對應(yīng)的輸入電壓值。我們采用輸入電壓值來實現(xiàn)處理。先要定義一個EGR開度與EGR采樣值換算的脈譜 EGRPosi。與其他模擬量采樣換算脈譜一樣,這一脈譜是一維的,對應(yīng)于輸入量的取值,給出對應(yīng)的EGR開度。如果有條件,這一脈譜應(yīng)通過試驗標(biāo)定,形成穩(wěn)態(tài)下與流量成比例的開度數(shù)據(jù)。在擴(kuò)展函數(shù) AIT_In1_Sub中加入語句:

　　通過這一步的程序制作可實現(xiàn)EGR閥開度的動態(tài)測量。

④ 實現(xiàn)對EGR閥的控制。設(shè)我們利用第1個PWM驅(qū)動通道來進(jìn)行EGR驅(qū)動,輸出函數(shù)為 PWM_OUT1。這一函數(shù)的說明為:

　　函數(shù)功能為:對EGR控制輸出口給出占空比為SPS的PWM驅(qū)動脈沖。由于前面提到過的磁滯作用等原因,一定占空比的PWM驅(qū)動脈沖無法獲得固定的EGR開度,這會使對EGR閥的定量控制難以實現(xiàn)。因此,實際使用EGR閥時都采用PID控制的方式來實現(xiàn)對EGR閥的定量控制。這里要用到函數(shù):

　　這一函數(shù)是通過PID位置控制來實現(xiàn)對EGR閥的定位。針對這一函數(shù)的使用,需要定義一全局?jǐn)?shù)組變量 EGR_PID_Array[?]。它的定義如下:

int_A_EGR_PID_Array [4]

這一數(shù)組四個元素的作用分別為:

A_EGR_PID_Array[0]——PID比例項系數(shù);

A_EGR_PID_Array[1]——PID積分項系數(shù);

A_EGR_PID_Array[2]——上次目標(biāo)偏差;

A_EGR_PID_Array[3]——上次PWM占空比。

對于PID比例項系數(shù)和PID積分項系數(shù),可以作為常數(shù)來調(diào)整;也可以設(shè)置專門的脈譜,在函數(shù)中通過調(diào)用脈譜來確定。在此采用第一種方式,在函數(shù)中將PID比例項系數(shù)和PID積分項系數(shù)作為常數(shù)來對待。第二種方式在以后的實例中也有涉及。EGR閥位置的PID調(diào)節(jié)函數(shù)的定義如下。

　　關(guān)于EGR閥位置PID調(diào)節(jié)函數(shù)的使用,要注意以下問題:

a. EGR閥位置采樣。EGR閥位置采樣與其他模擬量采樣的方法基本相同。但其采樣值與EGR閥實際開度值的對應(yīng)關(guān)系,對于不同型號的EGR閥產(chǎn)品可能不同。EGR閥當(dāng)前開度一般是指其當(dāng)前流通截面與最大流通截面的比值。在同一工況下,EGR閥流量主要取決于EGR開度(即通道截面積)。由于不同的EGR閥結(jié)構(gòu)不同,其開度值與幾何升程的關(guān)系也不同,但大體應(yīng)是二次曲線的關(guān)系。EGR閥位置采樣是根據(jù)其升程值采樣,采樣后通過脈譜換算獲得其開度。這不僅是為了避免復(fù)雜計算,而且是由于即使得到了精確的開度值,也并不意味著開度值能精確地對應(yīng)EGR流量。因此,這一脈譜的標(biāo)定最好是通過專門的試驗來實現(xiàn)。通過實際流量值,來標(biāo)定對應(yīng)的“開度值”,即使這一“開度值”與幾何意義上的開度值有所不同,我們?nèi)阅芡ㄟ^使用標(biāo)定后的脈譜實現(xiàn)對EGR閥的較精確控制。

b.函數(shù)調(diào)用。基于離散化的PID調(diào)整原理,EGR閥位置PID調(diào)節(jié)函數(shù)只能采用定時設(shè)置的方式。在 RTI_Sub()中設(shè)置定時控制機制,考慮到EGR閥的響應(yīng)速度,PID調(diào)整周期不宜過短,一般不應(yīng)低于50ms。

c.任務(wù)設(shè)置。在以上EGR閥PID控制中直接調(diào)用了EGR閥控制函數(shù) PWM_OUT1,這固然也可以。但這種直接調(diào)用任務(wù)的方式不易多用,因為會對系統(tǒng)的實時工作造成影響,例如造成更緊急的處理任務(wù)滯后。也可以設(shè)置一項任務(wù)并在此將任務(wù)激活,由任務(wù)管理系統(tǒng)來統(tǒng)一安排任務(wù)的執(zhí)行,但這對滿足PID任務(wù)執(zhí)行的等間隔要求,會因為本任務(wù)在隊列中的等待而有一定影響。我們實際使用的結(jié)果證明:采用任務(wù)執(zhí)行的方式,能夠得到滿意的使用效果。