发动机作为车辆动力之源,其性能决定着车辆的整体性能,随着现代车辆性能要求的不断提高,这对发动机全工况内转速控制提出了更高的要求,控制要求的提高就需要更先进的控制理论和控制方法。为此,本文提出采用二阶滑模变结构控制算法来设计发动机转速控制器,并从软件仿真和硬件仿真两个角度对控制效果进行了验证。基于Crossley和Cook提出的一种低频范围内四缸四冲程汽油发动机数学模型,通过对模型的分析总结了发动机扭矩输出与发动机转速及节气门开度之间的近似非线性模型,基于该模型利用发动机测控台架测取实验数据,采用多元逐步回归辨识方法建立了汽油发动机的扭矩特性模型。在Matlab/Simulink仿真环境下对发动机扭矩特性模型进行了阶跃响应仿真,并与实际发动机的数据进行了比较,结果表明所建模型能够较好的反应实际发动机的工作特性,为转速控制器的设计和仿真打下了基础。阐述了高阶滑模变结构控制的发展及其基本理论,重点介绍了二阶滑模变结构控制的基本理论及几种常用控制算法、一阶鲁棒精确微分器的设计理论及相关定理。基于发动机的非线性数学模型分别设计了转速控制系统的传统一阶滑模控制器和二阶滑模超螺旋控制器,针对滑模算法中系统误差微分值的需求,设计了一阶鲁棒精确微分器对系统误差进行实时微分计算。在Matlab/Simulink环境中建立了几种控制器的仿真模型,依据性能评价指标对其控制效果进行了验证,并与传统PID控制器的控制效果进行比较分析,主要从光滑连续信号跟踪能力、不连续方波信号跟踪能力、负载突变时系统鲁棒性及系统参数变化时的鲁棒性等几个方面进行了对比分析,分析结果表明了二阶滑模超螺旋控制算法相比其它算法的优异性及传统一阶滑模算法应用在发动机转速控制系统中的不足。简单介绍了Matlab/xPC Target硬件在环仿真平台,基于该平台设计并搭建了发动机转速控制硬件在环仿真系统,依据xPC Target环境下设备驱动开发流程分别设计了发动机转速采集驱动、节气门控制驱动等模块。建立了二阶滑模超螺旋控制器的硬件在环仿真模型,将其下载在工控机中实际控制发动机,检验其控制效果,并与实验台架的PID控制器进行了比较。仿真结果表明二阶滑模超螺旋控制器相比PID控制器具有跟踪性能好、超调小、响应快、鲁棒性强等优点。