[发明专利]一种基于模糊变结构的柴油发动机电控调速及测试方法

说明书

本发明提供了一种基于模糊变结构的柴油发动机电控调速及测试方法，本发明针对柴油机的电控调速系统算法进行了优化设计。对柴油机的非线性对象动力模型和执行器建模，采用模糊变结构对柴油机的喷油系统进行控制。然后利用Lyapunov函数推导不连续控制条件，证明系统在不确定干扰下具有自适应调节稳定性的能力。最后对柴油发动机调速系统进行Matlab/Simulink仿真实验。本发明能够很大程度上提高柴油机电控调速系统在不确定干扰下对柴油机转速进行精确的控制，在启动、怠速、突增突减工况等各类不确定干扰背景下均有良好的效果，使其能满足柴油发动机在实际工作过程中达到良好的控制效果。

技术领域

本发明属于自动控制技术领域，具体涉及一种基于模糊变结构的柴油发动机电控调速及测试方法。

背景技术

柴油发动机多应用在船舶、重工和发电机组等大型工业级器械中，其特点具有输出扭矩大，热效率高，故障少等优点。但随着柴油机的广泛应用，对其性能要求越来越高，以往对柴油机进行简单的近线性化处理，采用传统PID控制模型已经完全不能满足生产和生活要求，负载扰动，摩擦扰动等更加加剧了柴油机模型的复杂性和不确定性。本发明针对柴油机的电控调速系统算法进行了优化设计，对柴油机的非线性对象进行建模，采用模糊滑模变结构对柴油机的喷油系统进行控制。滑模变结构多应用于非线性对象，具有鲁棒性强、快速响应、对参数变化及其扰动不灵敏，无需系统在线辨识，物理实现简单等优点。但是该方法的缺点在于当状态轨迹到达滑模面后，难以严格的沿着滑面向着平衡点滑动，而是在滑模面两侧来回穿越，从而产生抖振，对系统的稳定性产生了极大的危害。为此本文将自适应模糊控制应用于柴油发动机调速中，用自适应模糊滑模控制逼近滑模控制中的滑模面进行等效控制，以解决由于不确定性及干扰的存在而不能准确确定等效控制的问题。并且利用Lyapunov函数推导不连续控制条件，以保证闭环系统能在滑动平面领域内能趋于稳定状态，证明系统在不确定干扰下具有自适应调节稳定性的能力。然后根据滑模控制的原理，用两条模糊规则构成的模糊控制器的平滑控制量，以减弱由于不连续控制所引起的抖振。最后对柴油发动机调速系统进行Matlab/Simulink仿真，发动机在各种怠速和增减负载工况下的具有很强的抗干扰和自适应能力。

发明内容

针对现有技术所存在的上述技术问题，本发明提供了一种基于模糊变结构的柴油发动机电控调速及测试方法，能够提高电控调速系统在变负载状态下的鲁棒性，以达到对柴油发动机电控调速系统的精确控制。

一种基于模糊变结构的柴油发动机电控调速方法，该方法具体包括如下步骤：

步骤(1)建立柴油发动机调速器的非线性模型，对柴油发动机动力学模型建模；发动机的运动方程为：

其中：ω为柴油机的曲轴角速度，J为柴油机转化至曲轴处的转动惯量，M_d为柴油机的输出扭矩，M_c为柴油机的阻力矩；

当偏离平衡工况产生微小波动时，发动机在稳定状态时的输出力矩、阻力矩和曲轴角速度均发生偏移，ΔM_d、ΔM_c、Δω为发动机的输出力矩偏移量、阻力矩偏移量和曲轴角速度偏移量，发动机的输出力矩偏移量ΔM_d、油泵上的油门开度z、曲轴角速度偏移量Δω之间的关系式为：ΔM_d＝f(z,Δω)；另一方面，阻力矩偏移量ΔM_c、负荷L、曲轴角速度偏移量Δω之间的关系式为：ΔM_c＝g(Δω,L)，所以得到：

其中：J_c为输出力矩转动惯量，J_L为阻力矩转动惯量；

带入发动机的运动方程得到：