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摘要： 电子节气门系统在汽车构造中是极为关键的构造，其属于复杂的非线性系统，非线性因素对系统的控制精度、响应特性有较大的影响。对电子节气门控制系统中的单片机硬件系统设计、系统控制策略，系统软件设计3个方面进行分析探讨，单片机是现代电气控制系统中不可缺少的装置，对于单片机的运用要根据操控系统的需要合理选择。单片机控制作用运用于电子节气门控制系统，不仅操作便捷且操控性能优越，在今后的汽车组装中可积极采用这一装置。
关键词： 电子节气门；控制系统；单片机控制
中图分类号：TM352 文献标识码：A 文章编号：1671－7597（2011）0920130－01
对于汽车发动机控制系统构造而言，电子节气门（ETC）是极为核心的结构组成，对于汽车发动机性能的发挥有很大的影响。单片机是最近几年电气控制系统中运用较多的装置，其能够实现自动化操作控制，保证了传感器测量加速踏板位置信号的顺利传输，再通过相关的装置操作实现控制。因而，对汽车电子节气门控制系统中的单片机控制深入研究是不可缺少的工作。
1 硬件系统设计
硬件是控制系统的重要构成，通过对硬件结构的控制能够增强电子节气门控制系统的性能，促进各个装置之间的协调运行。此次系统硬件设计框图较为复杂，每一个组成都要注重结构调整。此次创建的结构，见图1。
图1节气门控制系统硬件框图
1.1 ATmega 16控制核心
本次分析所选用的控制系统，在控制操作期间基本上是单片机操作完成，采用的单片机为ATmega 16。这种单片机在结构上十分优越，在运行效率、能量耗损、抵抗干扰等方面都有很大的作用。因这种单片机具备三通道PWM输出和8路10位ADC转换，在电子节气门控制系统中的作用较为明显。
1.2 电机驱动电路
此次系统内驱动电路使用的是国外公司制造生产的H桥组件LMD18200，
这种组件主要用于运动系统的控制。在控制系统运行期间要注重每个组件的调控安排，这样才能保证电机驱动电路正常运行，维持了良好的线路运行秩序，让控制系统的作用得到充分发挥。而新型控制系统的运用也能优化整个线路结构，为后面的操作控制提供很大的保证。
1.3 电子节气门集成体
此次选择的节气门有：1）加速踏板位置传感器：这种传感器能够实现踏板能量的转换，主要是对电信号进行传输控制，把相关的信息传输到单片机中加以控制。2）节气门位置传感器：节气门位置传感器（两个电位计）的滑片与节气门同轴，在节气门转动之后电位计滑片也随之运转，最后把节气门信号转换为相应的电子信号完成指令操控。3）直流伺服电机：一般借助于相关的电气结构加以控制，确保节气门的开度能够达到理想的要求。此次气门的齿轮减速比在：
n=ωm/ωL=TL/Tm=20.68
式中：ωm和ωL分别为电机和负载的角速度；TL和Tm则分别是电机和负载的转矩。同时，对于节气门的另一个结果也要实施相应的调控，对回转弹簧合理调整，这样才能保证未出现驱动力矩，让节气门的控制作用得到发挥。
2 系统控制策略
此次研究选择的模式较为简单，控制策略是把一般的PID控制器与模糊控制器相互配合运行，然后根据装置实际运行的状态，创建自整定模糊PID控制器，具体情况见图2。
图2自整定模糊PID控制器框图
此次系统输入量为踏板输入量θR（t），输出量为节气门开度θ（t）。模糊参数调节器的输入量为油门踏板的踏入量θR（t）和θ（t）节气门开度之差E以及其变化率Ec。输出量是PID调节器的3个控制参数为KP，KI，KD。控制系统结合传统PID控制器获得相应的控制信号，最后再对PID调节器3个控制参数优化调整，最后完成了整个系统操作的控制。
3 控制系统软件设计
3.1 上位机软件设计
考虑到为系统的操控、检查、维修等工作提供方便，此次设计选择了上位机软件实施调控。采用Matlab 7.0对GUI进行控制，是考虑到Matlab在技术上的先进性，对于各种信号、图形的处理能超出其它软件功能，为系统控制提供了较大的方便。此次系统GUI的作用在于：模式选择、系统运行、应答显示等。对于控制系统的操作，应该结合相应的指令协议才能完成，这些都有助于控制系统中各装置功能的实现。常用的措施有：波特率9600b/s，起始位1位，停止位1位，无校验位。对串口数据的读取、查询、修改等处理都需要安装相应的标准执行。
软件串口在调控期间要注重步骤的协调性，一般情况：
Instrreset； %清除所有连接设备s= serial（′COM3′，′BaudRat
e′，9600，′DataBits′，8，′Pari-ty′，′none′，′StopBits′，1，′Terminator′，′CR′）；
%串口参数初始化设置，设置终止符为CR（回车符）
Set（s，′inputbuffersize′，4096）； %设置输入缓存
Fopen（handles.s）； %开串口
Handles.comm=s； %加入句柄结构
用户可根据需要选择串口。设计上采用弹出框形式，其回调函数为：
com=get（hObject，′String′）；
handles.com=com{get（hObject，′Value′）}；
set（handles.edit1，′String′，handles.com）；
guidata（hObject，handles）；
当所有参数指标设置完成后，用户则要利用“参数传递”按钮把有关参数传输到下位机，下位机在获得信号之后才会启动控制系统运行。一般
设计环节里，考虑到满足交互式输入的要求，在调用set和get等回调函数过程中要注意数据的转换调整，为后期的工作创造条件。
图3软件定时中断子程序流程图
3.2 下位机软件设计
单片机在系统中的控制作用要依赖于不同的程序指令，这就要去程序编制人员做好编程处理工作，保证每条程序指令都能发挥应有的控制作用。对于下位机软件系统的设计，要从前台程序、后台程序两大部分研究，合理布置每一个程序操作环节。
初始化程序一般由两路A/D转换的初始化、单片机I/O口初始化、串口通信初始化、单片机PWM端口的初始化等结构组成。当控制系统调试完成之后，后面则主要是等待中断信号，这样可及时处理相关的信息。此次软件定时器在创建控制模式时，需要把时间合理调整到相应的定位值，一般在15-20ms。软件定时中断程序的相关流程见图3。
本次驱动电路中PWM输出的功能，利用单片机对程序指令操作严格控制。选择的方法为调整输入捕捉寄存器ICR1中的参数，然后达到调整PWM频率的作用，这样才能维持系统的控制功能。经过实验检测得出，电机的脉宽调制频率能给电机带来诸多不便。频率偏小，容易造成电机颤振幅度增大，这与电子节气门的控制要求存在差异。为了保证控制系统性能的发挥，经多次调试决定将电机的脉宽调制频率控制在1200Hz。
参考文献：
[1]陶国良、郭连、刘昊等，电子节气门变结构滑模控制及仿真与试验[J].内燃机工程，2005（3）：16-17.
[2]王斌、刘昭度、何玮，汽车电子节气门技术研究现状及发展趋势[J].小型内燃机与摩托车，2005，34（6）：32-34.
[3]张恒光、黄吉胜，基于模糊PID控制汽车巡航系统的研究[J].哈尔滨理工大学学报，2007，12（6）：31-34.
关键词： 电子节气门；控制系统；单片机控制
中图分类号：TM352 文献标识码：A 文章编号：1671－7597（2011）0920130－01
对于汽车发动机控制系统构造而言，电子节气门（ETC）是极为核心的结构组成，对于汽车发动机性能的发挥有很大的影响。单片机是最近几年电气控制系统中运用较多的装置，其能够实现自动化操作控制，保证了传感器测量加速踏板位置信号的顺利传输，再通过相关的装置操作实现控制。因而，对汽车电子节气门控制系统中的单片机控制深入研究是不可缺少的工作。
1 硬件系统设计
硬件是控制系统的重要构成，通过对硬件结构的控制能够增强电子节气门控制系统的性能，促进各个装置之间的协调运行。此次系统硬件设计框图较为复杂，每一个组成都要注重结构调整。此次创建的结构，见图1。
图1节气门控制系统硬件框图
1.1 ATmega 16控制核心
本次分析所选用的控制系统，在控制操作期间基本上是单片机操作完成，采用的单片机为ATmega 16。这种单片机在结构上十分优越，在运行效率、能量耗损、抵抗干扰等方面都有很大的作用。因这种单片机具备三通道PWM输出和8路10位ADC转换，在电子节气门控制系统中的作用较为明显。
1.2 电机驱动电路
此次系统内驱动电路使用的是国外公司制造生产的H桥组件LMD18200，
这种组件主要用于运动系统的控制。在控制系统运行期间要注重每个组件的调控安排，这样才能保证电机驱动电路正常运行，维持了良好的线路运行秩序，让控制系统的作用得到充分发挥。而新型控制系统的运用也能优化整个线路结构，为后面的操作控制提供很大的保证。
1.3 电子节气门集成体
此次选择的节气门有：1）加速踏板位置传感器：这种传感器能够实现踏板能量的转换，主要是对电信号进行传输控制，把相关的信息传输到单片机中加以控制。2）节气门位置传感器：节气门位置传感器（两个电位计）的滑片与节气门同轴，在节气门转动之后电位计滑片也随之运转，最后把节气门信号转换为相应的电子信号完成指令操控。3）直流伺服电机：一般借助于相关的电气结构加以控制，确保节气门的开度能够达到理想的要求。此次气门的齿轮减速比在：
n=ωm/ωL=TL/Tm=20.68
式中：ωm和ωL分别为电机和负载的角速度；TL和Tm则分别是电机和负载的转矩。同时，对于节气门的另一个结果也要实施相应的调控，对回转弹簧合理调整，这样才能保证未出现驱动力矩，让节气门的控制作用得到发挥。
2 系统控制策略
此次研究选择的模式较为简单，控制策略是把一般的PID控制器与模糊控制器相互配合运行，然后根据装置实际运行的状态，创建自整定模糊PID控制器，具体情况见图2。
图2自整定模糊PID控制器框图
此次系统输入量为踏板输入量θR（t），输出量为节气门开度θ（t）。模糊参数调节器的输入量为油门踏板的踏入量θR（t）和θ（t）节气门开度之差E以及其变化率Ec。输出量是PID调节器的3个控制参数为KP，KI，KD。控制系统结合传统PID控制器获得相应的控制信号，最后再对PID调节器3个控制参数优化调整，最后完成了整个系统操作的控制。
3 控制系统软件设计
3.1 上位机软件设计
考虑到为系统的操控、检查、维修等工作提供方便，此次设计选择了上位机软件实施调控。采用Matlab 7.0对GUI进行控制，是考虑到Matlab在技术上的先进性，对于各种信号、图形的处理能超出其它软件功能，为系统控制提供了较大的方便。此次系统GUI的作用在于：模式选择、系统运行、应答显示等。对于控制系统的操作，应该结合相应的指令协议才能完成，这些都有助于控制系统中各装置功能的实现。常用的措施有：波特率9600b/s，起始位1位，停止位1位，无校验位。对串口数据的读取、查询、修改等处理都需要安装相应的标准执行。
软件串口在调控期间要注重步骤的协调性，一般情况：
Instrreset； %清除所有连接设备s= serial（′COM3′，′BaudRat
e′，9600，′DataBits′，8，′Pari-ty′，′none′，′StopBits′，1，′Terminator′，′CR′）；
%串口参数初始化设置，设置终止符为CR（回车符）
Set（s，′inputbuffersize′，4096）； %设置输入缓存
Fopen（handles.s）； %开串口
Handles.comm=s； %加入句柄结构
用户可根据需要选择串口。设计上采用弹出框形式，其回调函数为：
com=get（hObject，′String′）；
handles.com=com{get（hObject，′Value′）}；
set（handles.edit1，′String′，handles.com）；
guidata（hObject，handles）；
当所有参数指标设置完成后，用户则要利用“参数传递”按钮把有关参数传输到下位机，下位机在获得信号之后才会启动控制系统运行。一般
设计环节里，考虑到满足交互式输入的要求，在调用set和get等回调函数过程中要注意数据的转换调整，为后期的工作创造条件。
图3软件定时中断子程序流程图
3.2 下位机软件设计
单片机在系统中的控制作用要依赖于不同的程序指令，这就要去程序编制人员做好编程处理工作，保证每条程序指令都能发挥应有的控制作用。对于下位机软件系统的设计，要从前台程序、后台程序两大部分研究，合理布置每一个程序操作环节。
初始化程序一般由两路A/D转换的初始化、单片机I/O口初始化、串口通信初始化、单片机PWM端口的初始化等结构组成。当控制系统调试完成之后，后面则主要是等待中断信号，这样可及时处理相关的信息。此次软件定时器在创建控制模式时，需要把时间合理调整到相应的定位值，一般在15-20ms。软件定时中断程序的相关流程见图3。
本次驱动电路中PWM输出的功能，利用单片机对程序指令操作严格控制。选择的方法为调整输入捕捉寄存器ICR1中的参数，然后达到调整PWM频率的作用，这样才能维持系统的控制功能。经过实验检测得出，电机的脉宽调制频率能给电机带来诸多不便。频率偏小，容易造成电机颤振幅度增大，这与电子节气门的控制要求存在差异。为了保证控制系统性能的发挥，经多次调试决定将电机的脉宽调制频率控制在1200Hz。
参考文献：
[1]陶国良、郭连、刘昊等，电子节气门变结构滑模控制及仿真与试验[J].内燃机工程，2005（3）：16-17.
[2]王斌、刘昭度、何玮，汽车电子节气门技术研究现状及发展趋势[J].小型内燃机与摩托车，2005，34（6）：32-34.
[3]张恒光、黄吉胜，基于模糊PID控制汽车巡航系统的研究[J].哈尔滨理工大学学报，2007，12（6）：31-34.