内燃机的使用在给人们的生产生活带来极大便捷的同时,也导致了严重的石油短缺和环境污染等问题。面对愈发严峻的资源形势和逐步严苛的排放法律法规,发展替代燃料发动机成为解决当前问题的手段之一。其中,天然气具有燃烧清洁、热值大等优点,且储量丰富,是内燃机替代燃料的首选。天然气发动机工作过程复杂,只有精确控制在有效运行窗口内才能使其充分发挥高效率、低排放的技术优势。为实现对天然气发动机的精确控制,本文首先对天然气发动机的电子节气门、宽域氧传感器、高压点火总成、燃气喷射阀等执行器进行软硬件驱动策略开发。根据系统需求给出相应的硬件电路设计,并进一步对各执行器硬件进行测试以验证设计合理性及其控制性能。其后,为实现整机稳态运行平稳、瞬态响应迅速的目标,本文基于“多闭环+前馈”控制算法,提出一种针对天然气发动机的整机控制策略。在稳态工况下采用转速、节气门位置和空燃比三个闭环串级控制,在瞬态为保证空燃比的稳定改为前馈开环控制。最后,基于μC/OS-Ⅱ操作系统完成控制系统的软件编写。在6K试验台架上进行配机试验,验证了本文设计开发的电控系统的控制性能。在怠速工况下对发动机性能进行测试,试验结果表明,发动机转速波动率稳定在1%左右、过量空气系数最大波动率为1.75%,都维持在一个较小的范围内,表明控制系统在怠速工况下有良好的稳定性能。进一步,在发动机稳态工况下对抗扰动性能进行试验,其过量空气系数最大上升至1.14并可在1s左右恢复稳定,说明控制系统具有较强的鲁棒性。最后,进行天然气发动机的瞬态工况试验测试,发动机瞬时调速率1.9%,过量空气系数瞬态波动率8.4%,恢复时间均约为4.5s,符合预期的目标要求。配机试验结果表明本文设计开发的控制系统能实现天然气发动机精确控制。