基于FPGA的汽车油改气电控系统的研究

　　
　　根据表1，模糊控制规则表用VerilogHDL描述如下：
　　
　　if((e==NB)(de==NB))u=NB；
　　
　　elseif((e==Z)(de==Z))u=ZE；
　　
　　……
　　
　　总共49条控制规则，其中NB、NM、NS、Z、PS、PM、PB分别对应一段输入的误差、误差变化率的范围。还可以对汽车转速误差和转速误差变化率论域进一步细分，得到更精确的结果，仿真结果如图6所示。其中，out为输出的控制量，可以看出变化规律与理论上模糊控制规则表一致。

　　
　　out对应的是步进电机的步数，用于后面生成脉冲信号。步进电机的正反转是基于前端的模糊控制模块输出信号控制的，控制单元实时检测汽车发动机的转速并与设定的目标转速进行比较。当转速低于设定值时，控制步进电机正转，开大旁通气道截面，增加进气量，缸内的可燃混合气增多，转速上升；反之，转速高于设定转速时，控制步进电机反转，旁通气阀关小，缸内混合气减少，转速下降，最终使汽车发动机的转速稳定在目标转速附近。步进电机的控制程序是基于状态机设计的，程序流程图如图7所示。正转st0->st1->st2->st3->st0，反转st0->st3->st2->st1->st0。发动机转速传感器采集到实际转速反馈信号，与设定转速信号进行运算，得到误差和误差变化率，再去查模糊控制规则表，从而形成了一个闭环控制系统，可见该系统具有实时跟踪的性能和自我校正的功能。

　　
　　为了验证系统的效果，在MATLAB中搭建数学模型，进行模拟，结果如图8所示。

　　
　　由图8可知，一般情况下工作比较稳定，当系统设定速度的给定值在650r/min到750r/min之间，根据无负荷自动变换，系统可以快速跟踪其变化。当有干扰时，加入阶跃分别在100和155，可以看出经过干扰以后，由于负荷的变化，转速突然下降20r/min，系统经过一段时间调节后，很快就上升到原来的稳定值。仿真结果表明：采用模糊控制方法不仅有效，而且降低转速的波动幅度，进一步提高了运行的稳定性，初步显示了模糊控制的良好效果；同时，系统具有很强的抗干扰能力，为下一步实际应用，改善汽车的排放性，提高燃气利用率打下了良好的基础。该系统能够实时地进行现场控制，具有很强的实用价值。