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与传统的机械式节气门相比,电子节气门控制系统(Electronic Throttle Control System,ETCS)有利于提高节气门控制精度,精确调节进气量,改善空燃比和扭矩,使现代汽车达到绿色动力、经济环保、安全舒适的目标。电子节气门是具有强非线性的动态系统,其非线性包括静态非线性和动态非线性。其控制难点在于如何权衡电子节气门控制系统的响应速度、稳定性和控制精度的动态性能要求。本文采用静态前馈与动态反馈相结合的控制结构。其中,静态前馈控制器根据标定出的补偿电压对静态弹簧和摩擦非线性进行补偿,提高系统的响应速度;动态反馈控制器利用线性PID的组合逼近非线性控制,提高系统的稳定性和控制精度。本文基于前期开发的发动机电控单元(ECU)硬、软件系统和底层驱动软件,对电子节气门的控制算法与诊断策略进行了完善,并进行了参数整定和控制实验。本文主要研究内容如下:(1)位置传感器信号处理与诊断软件设计。通过对传感器信号的归一化和自学习对信号进行数据转换,并结合信号诊断确定的加权因子计算节气门的实际位置和跛行回家位置;为了确保位置信号的准确性和正确性,设计了相应的诊断软件,分为超限诊断和相关性诊断软件设计;最后通过人为制造故障的方式对设计的诊断软件进行实验验证。(2)嵌入式控制软件设计。为了改善排放性能和驾驶稳定性,对节气门目标位置进行了滤波与限制软件设计;针对电子节气门复位弹簧和摩擦非线性,设计了前馈补偿加闭环反馈的控制算法。最后将前馈控制电压与反馈控制电压复合成完整的电机控制电压,并转为占空比,经限制后驱动电机工作。(3)控制性能诊断软件设计。为了保证电子节气门实际工作中良好的控制性能,分别设计了电子节气门动态性能诊断、稳态性能诊断、空气流量性能诊断和复位性能诊断软件,通过实验对动态性能诊断和复位诊断策略进行了验证,提高了控制系统的安全可靠性。(4)参数整定与控制实验。运用临界比例法整定不同偏差范围下的数字PID参数,用于计算闭环控制电压;最后进行了节气门非线性补偿前后大、小开度的阶跃响应对比实验,实验结果表明相对于单纯的PID控制,采用所设计的控制算法,提高了系统的响应速度和控制精度。针对仍然存在的超调现象,在分析其原因的基础上,进行了斜坡响应实验,消除了超调,模拟验证了目标位置滤波的必要性和可行性。