为了解决上述问题，研究人员采用了位置环+电流环的双闭环控制系统，把位置控制器的输出当作电流控制器的输入，再用电流控制器的输出去控制电机的运转。构建了旋转直驱阀控制系统模型（图2），其中电流环作为内环采用PI控制，其作用是保证电机快速加减速和对电流进行限幅，取较大的比例增益使系统的动态响应快，并通过适当的积分环节保证系统没有稳态误差；为了防止系统中高频电信号的干扰，反馈电路上设有一阶低通滤波器。位置环采用PID控制，并与模糊控制相结合，这样既具有PID控制精度高、稳定性好的优势，又具有模糊控制鲁棒性好、适应性强的特点。以阀芯角位移误差E和误差变化率EC作为输入，以PID控制参数的变化量ΔKP、ΔKI、ΔKD作为输出，采用模糊控制方法对系统进行控制参数的实时整定。选取7个模糊语言值（NB，NM，NS，ZO，PS，PM，PB），作为输入和输出的模糊状态描述，三角形函数在论域范围内灵敏度较高，将其选作NM，NS，ZO，PS，PM等中间模糊状态的隶属度函数。而NB和PB选用高斯形隶属函数，以保证系统两端能够平滑过渡。模糊控制器隶属函数示意图如图3所示。
利用MATLAB/Simulink软件搭建了旋转直驱阀模型，分析了不同控制方法下的响应。图4和图5分别为在阶跃信号和200rad/s的正弦波信号下的输出响应。从图4可以看出，常规的PID控制器、位置/电流双闭环控制器和模糊双闭环PID控制器在阶跃信号下，响应时间分别为0.22 s、0.19 s和0.02 s，并且普通的PID控制会出现较大的超调量，也就是说常规PID控制效果不理想，模糊双闭环控制很大程度上缩短了调节时间，改善控制效果；从图5可以看出，常规PID控制方法出现了明显的超调，并且大幅度的滞后，而模糊PID控制虽然有小幅度的滞后，但是响应速度明显更快，并且没有超调量，其动态跟踪特性明显优于常规PID控制。
通过上述仿真分析可知，模糊双闭环控制能够有效改善旋转直驱阀的位置输出响应，而阀芯的位置输出响应与燃油流量为线性关系，因此，该算法为控制发动机燃油流量提供了一种可靠的控制算法。
图1 旋转直驱阀结构示意图
图2 控制系统结构图
图3 模糊控制器结构
图4 位置阶跃响应
图5 输入200 rad/s时的正弦响应
