《汽油发动机电控系统核心控制算法》首先介绍了基于模型的控制系统设计概念和先进控制理论基础。在此基础上，聚焦汽油发动机的核心控制问题，重点阐述了气路系统控制、空燃比控制、怠速控制、轨压控制、温度跟踪控制及燃烧相位控制等核心系统的前沿控制算法。本书还给出了上述一系列控制算法的详细推导过程和相关应用案例。
【适读人群】
《汽油发动机电控系统核心控制算法》可作为发动机控制技术领域的基础书籍，适合涉足汽车发动机控制领域的高校研究生或企业负责电控开发的技术人员阅读使用，也可作为有相关知识背景的从业人员的参考用书。
【图书特色】
1.《汽油发动机电控系统》凝聚了著者团队在汽车发动机控制基础研究领域耕耘十余年的心得和体会，介绍了汽油发动机电控系统设计的基础理论，覆盖了气路系统控制、空燃比控制、怠速控制、轨压控制、温度跟踪控制及燃烧相位控制等核心系统的前沿控制算法。
2.《汽油发动机电控系统核心控制算法》基于模型的电控系统开发，是面向机电一体化产品的现代开发手段，在整个开发过程中以系统模型作为共同的对象，而非物理原型和文本，可以打破传统开发流程中由于领域和分工的不同形成的隔阂。
3.《汽油发动机电控系统核心控制算法》可作为发动机控制技术领域的基础书籍，适合汽车发动机控制领域的高校研究生或企业负责电控开发的技术人员阅读。
发动机电控技术是我国汽车产业由大转强的核心赋能技术。随着排放法规的日益严格，自主可控的发动机电控技术赋能新车满足法规上路、提升车辆能效和舒适度等性能。然而，我国自主品牌汽车发动机电控系统长期依赖国际供应商，陷入委托开发耗资巨大、技术升级受制于人的困局。技术的空心化折射出的正是基础研究的薄弱。
本书凝聚了著者团队在汽车发动机控制基础研究领域耕耘十余年的心得和体会，介绍了汽油发动机电控系统设计的基础理论，覆盖了气路系统控制、空燃比控制、怠速控制、轨压控制、温度跟踪控制及燃烧相位控制等核心系统的前沿控制算法。本书可作为发动机控制技术领域的基础书籍，适合涉足汽车发动机控制领域的高校研究生或企业负责电控开发的技术人员。我们期待能够与汽车控制领域的读者产生共鸣，为我国汽车电控技术自主研发能力的提升贡献一份绵薄之力。
在此感谢陈虹老师、王萍老师、孙耀老师、曲婷老师、林佳眉老师，他们就相关章节技术细节给予了富有启发性的建议。同时特别感谢刘奇芳老师和吉林大学控制科学与工程系汽车电子控制课题组的研究生们，他们为书稿的校对和整理付出了很多心血。
因著者水平所限，本书难免有不尽如人意之处，恳请广大读者不吝指正。
胡云峰
2021年10月
前言
第1章 概述 1
1.1 引言 1
1.2 基于模型的控制系统设计 2
1.2.1需求分析与控制方案 3
1.2.2模型建立 3
1.2.3控制算法设计4
1.2.4控制性能验证 4
1.3 非线性控制理论与方法 6
1.3.1反步法 6
1.3.2滑模控制 8
1.3.3反馈线性化 9
1.3.4三步法 11
1.4 模型预测控制 14
1.4.1线性模型预测控制 16
1.4.2非线性模型预测控制 20
1.5 汽油发动机的关键控制问题 22
第2章 涡轮增压汽油发动机气路系统控制算法设计 26
2.1 引言26
2.2 涡轮增压气路系统建模28
2.2.1涡轮增压气路系统子模型推导 29
2.2.2模型验证与动力学分析 35
2.2.3涡轮增压汽油机气路系统面向控制模型 38
2.3 气路系统非线性双闭环控制 40
2.3.1双闭环气路控制器设计 40
2.3.2外环控制器设计 41
2.3.3内环控制器设计 41
2.3.4仿真验证与分析 44
2.4 气路系统神经网络预测控制 49
2.4.1气路系统协调控制方案设计 49
2.4.2神经网络预测模型建立 50
2.4.3气路系统协调控制器设计 58
2.4.4目标函数优化求解 61
2.4.5仿真验证 66
第3章 汽油发动机稀薄燃烧模式下空燃比控制算法设计 71
3.1 引言 71
3.1.1发动机稀薄燃烧技术 71
3.1.2空燃比控制研究现状 73
3.2 空燃比控制的模型建立与分析 74
3.2.1双态进气歧管动态模型 75
3.2.2气缸新鲜空气量模型 78
3.2.3油路模型 80
3.2.4模型仿真验证及动力学分析 81
3.3 基于模型预测控制的理想空燃比优化 83
3.3.1稀薄燃烧与 EGR协同作用分析84
3.3.2面向控制的 BP神经网络模型建立 86
3.3.3基于模型预测控制的理想空燃比与 EGR率优化88
3.3.4非线性模型预测控制器仿真验证 91
3.4 空燃比三步非线性跟踪控制器设计 94
3.4.1三步非线性跟踪控制器设计 94
3.4.2三步非线性控制器性能验证 98
3.4.3理想空燃比优化与跟踪控制联合仿真 99
第4章 汽油发动机怠速控制算法设计 102
4.1 引言 102
4.2 汽油机怠速控制模型建立 103
4.2.1非线性平均值模型 103
4.2.2面向控制的简化模型 104
4.3 基于控制理论的怠速控制及仿真分析 105
4.3.1基于节气门的怠速控制 105
4.3.2基于点火提前角的怠速控制 108
4.3.3联合点火角与节气门的怠速控制 109
4.4 基于先进控制方法的怠速控制及仿真分析 114
4.4.1基于非线性三步法控制器的怠速控制 114
4.4.2基于自抗扰控制器的怠速控制 119
第5章 汽油发动机高压共轨系统的轨压控制算法设计 122
5.1 引言 122
5.1.1汽油缸内直喷技术 122
5.1.2共轨系统控制的研究现状 124
5.2 共轨系统的控制需求 124
5.3 共轨系统建模 126
5.3.1高压泵 129
5.3.2共轨管 131
5.3.3喷油器 131
5.4 三步法轨压控制设计 131
5.4.1控制器推导 132
5.4.2控制律的实现 135
5.4.3鲁棒性分析及参数选取原则 137
5.5 仿真验证与分析 139
5.5.1模型功能验证 139
5.5.2控制器性能验证 141
第6章 汽油发动机冷却系统建模与温度跟踪控制算法设计 143
6.1 引言 143
6.1.1冷却系统面向控制的模型 145
6.1.2冷却系统层面的控制 145
6.1.3动力系统层面的控制 146
6.2 汽油机冷却系统热力学建模 146
6.2.1燃烧室对缸壁加热功率模型 149
6.2.2缸壁/外壁与冷却液对流传热系数模型 152
6.2.3散热器散热功率模型 154
6.2.4热力学模型简化及验证 158
6.3 基于单输入单输出模型的冷却液温度跟踪控制 160
6.3.1面向控制的模型建立 160
6.3.2扰动观测器及史密斯预估器设计 162
6.3.3冷却液温度非线性跟踪控制器设计 164
6.3.4仿真验证 166
6.4 基于多输入单输出模型的冷却液温度跟踪控制 169
6.4.1控制问题描述 169
6.4.2基于模型预测控制的冷却液温度协调控制 170
6.4.3仿真验证 172
第7章 基于统计特性的汽油机燃烧相位控制算法设计 174
7.1 引言 174
7.2 LPP信号分析与模型辨识 175
7.2.1 LPP信号分析 175
7.2.2模型辨识 178
7.3 基于假设检验的 LPP控制器设计 182
7.3.1统计假设检验模块 182
7.3.2统计决策模块 185
7.3.3点火提前角控制器 186
7.3.4试验验证分析 188
参考文献 195
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