1 引言

　　電子燃油噴射控制系統(tǒng)（簡稱EFI或EGI系統(tǒng)），是一個以電子控制裝置（又稱電腦或ECU）為控制中心，利用安裝在發(fā)動機(jī)不同部位上的各種傳感器，測得發(fā)動機(jī)的各種工作參數(shù)，按照在電腦中設(shè)定的控制程序，通過控制噴油器，地控制噴油量，使發(fā)動機(jī)在各種工況下都能獲得濃度的混合氣。它通過電腦中的控制程序，能實(shí)現(xiàn)起動加濃、暖機(jī)加濃、加速加濃、全負(fù)荷加濃、減速調(diào)稀、強(qiáng)制斷油、自動怠速控制等功能，滿足發(fā)動機(jī)特殊工況對混合氣的要求，使發(fā)動機(jī)獲得良好的燃料經(jīng)濟(jì)性和排放性，也提高了汽車的使用性能，深受用戶的青睞。通電時電磁閥開啟，壓力燃油以霧狀噴入進(jìn)氣歧管內(nèi)，與空氣混合，在進(jìn)氣行程中被吸進(jìn)氣缸。分配油管的末端裝有燃油壓力調(diào)節(jié)器，用來調(diào)整分配油管中燃油的壓力，使燃油壓力保持某一定值，多余的燃油從燃油壓力調(diào)節(jié)器上的回油口返回燃油箱。

　　2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

　　該系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用轉(zhuǎn)速單閉環(huán)凋速系統(tǒng)，如圖1所示。驅(qū)動電路由晶閘管和電機(jī)構(gòu)成，而控制電路則由轉(zhuǎn)速給定、轉(zhuǎn)速反饋、比例一積分一微分（PID）調(diào)節(jié)器以及晶閘管脈沖觸發(fā)電路構(gòu)成。

　　圖1中實(shí)線框?yàn)橛布O(shè)計(jì)部分，主要完成調(diào)速功能。

　　3 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)

　　89C51是一種帶4K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器（FPEROM—Falsh Programmable and Erasable Read Only Memory）的低電壓、高性能CMOS8位微處理器，俗稱單片機(jī)。單片機(jī)的可擦除只讀存儲器可以反復(fù)擦除100次。該器件采用ATMEL高密度非易失存儲器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的MCS-51指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能8位CPU和閃爍存儲器組合在單個芯片中，ATMEL的89C51是一種高效微控制器，89C2051是它的一種精簡版本。89C單片機(jī)為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價(jià)廉的方案

　　系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)是以89C51單片機(jī)為，并配以必要的外圍設(shè)備，如數(shù)據(jù)采集、電氣接口、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、通信接口等電路，如圖2所示。選用3CT20/500型晶閘管，由于晶閘管工作于交流電路，不宜與微機(jī)直接相接，采用光電耦合器4N25隔離單片機(jī)與輸出部分。輸出部分的地線接地，而單片機(jī)系統(tǒng)的電源地線懸空，不能與交流電源的地線相接，以避免輸出部分電源變化對單片機(jī)電源的影響。

　　使用反相驅(qū)動器7406作為4N25輸入端的驅(qū)動。電磁轉(zhuǎn)差離合器中的勵磁線圈采用帶續(xù)流二極管的晶閘管半波整流電路供電。勵磁線圈是電感性負(fù)載，線圈兩端并聯(lián)一只續(xù)流二極管VD6使電流平滑。調(diào)節(jié)觸發(fā)裝置采用單結(jié)管VBG7。為了實(shí)現(xiàn)操作機(jī)構(gòu)的速度閉環(huán)控制，需要檢測主軸轉(zhuǎn)速。測速傳感器采用磁電式轉(zhuǎn)速傳感器。測速輪有120個齒，每轉(zhuǎn)過1個齒就在測速傳感器上感應(yīng)一個脈沖信號。這樣，主軸每轉(zhuǎn)一周，產(chǎn)生120個脈沖，其表達(dá)式為：

　　式中：P為測速傳感器每轉(zhuǎn)輸出的脈沖數(shù)；T為規(guī)定時間；m1為轉(zhuǎn)速脈沖數(shù)。

　　取8155的定時器／計(jì)數(shù)器工作于定時方式，定時時間為lO ms，其輸入端接1 MHz時鐘信號為計(jì)數(shù)頻率，輸出端接89C51的中斷INT0申請端。89C51的定時器／計(jì)數(shù)器T1工作于計(jì)數(shù)方式，測速傳感器經(jīng)整形后的脈沖輸入T1，當(dāng)輸入信號發(fā)生負(fù)跳變，計(jì)數(shù)器加1。每當(dāng)10 ms到，通過INT0申請中斷，在中斷處理程序中得到Tl計(jì)數(shù)值。

　　噴油校泵臺動力系統(tǒng)的主要部件是電磁調(diào)速電動機(jī)，由單速或多速鼠籠型異步電動機(jī)和電磁轉(zhuǎn)差離合器組成，通過控制器可在較大范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)無級調(diào)速。其轉(zhuǎn)速表達(dá)式為：

　　式中：n1為同步轉(zhuǎn)速，r／min；f1為電源頻率，Hz；p為極對數(shù)s為轉(zhuǎn)差率。

　　在一定的負(fù)載范圍內(nèi)調(diào)節(jié)勵磁線圈中的勵磁電流，可以調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)差率s，達(dá)到調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速的目的。勵磁電流越大，轉(zhuǎn)速越高；反之則轉(zhuǎn)速越低。

　　4 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

　　系統(tǒng)軟件采用模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，主要由PC機(jī)、89C51單片機(jī)和通信3個模塊組成嘲。其中PC機(jī)模塊主要完成主軸轉(zhuǎn)速預(yù)置及顯示；通信模塊實(shí)現(xiàn)PC機(jī)與單片機(jī)之間數(shù)據(jù)傳輸；89C51單片機(jī)模塊完成定時采樣和自動控制主軸轉(zhuǎn)速。其系統(tǒng)軟件的主程序如圖3所示。

　　由于控制對象是具有純滯后的一階慣性環(huán)節(jié)，所以按要求設(shè)計(jì)為快速隨動系統(tǒng)。為了提高跟蹤的快速性，調(diào)速范圍過大時，在拍先使控制器輸出逼近給定要求，后啟動PI控制算法。拍控制模型為：

　　式中：U（T）為當(dāng)前控制器輸出值；U（T-1）為上控制器輸出值；N（T）為當(dāng)前控制器給定值；N（T-1）為上控制器給定值。

　　PI控制算法的數(shù)學(xué)模型為：

　　式中：Kp為比例系數(shù)；T為采樣周期；Ti為積分時間常數(shù)。

　　第二拍控制模型為：

　　式中：K0，K1，K2，K3，P1，P2，P3為系數(shù)。

　　由于加入了積分環(huán)節(jié)，影響系統(tǒng)的動態(tài)性能，可以消除余差，提高控制。

　　5 結(jié)論

　　該設(shè)計(jì)系統(tǒng)已成功應(yīng)用在某內(nèi)燃機(jī)車柴油機(jī)噴油泵的測試平臺。研究表明，該噴油校泵臺調(diào)速系統(tǒng)可自動控制噴油計(jì)數(shù)、主軸轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)量油時主軸轉(zhuǎn)速的數(shù)字顯示與屏幕顯示，使用維修方便，從而提高檢測和自動化程度。