自抗擾不確定性控制及動力裝置電控系統(tǒng)研究.pdf

1、為滿足日益苛刻的排放法規(guī)，提高動力裝置燃油經(jīng)濟性、運行可靠性和操作靈活性，要求動力裝置的控制系統(tǒng)提高控制精度，并同時具有監(jiān)控、診斷等功能。對于復(fù)雜的時變、非線性、不確定性系統(tǒng)，采用傳統(tǒng)的比例積分微分（PID）控制難以獲得理想的控制性能，應(yīng)用先進(jìn)的數(shù)字控制技術(shù)來實現(xiàn)動力裝置各個子系統(tǒng)的精確控制是提高其控制性能的重要手段之一。
　　自抗擾控制由跟蹤微分算法、擴張狀態(tài)觀測算法、非線性反饋等環(huán)節(jié)構(gòu)成。自抗擾控制不依賴于對象數(shù)學(xué)模型，對時滯

2、系統(tǒng)、非線性系統(tǒng)、混沌系統(tǒng)等均具有良好的控制性能。本文的主要目的，是深入分析和研究自抗擾控制理論，基于自抗擾控制理論中的各項技術(shù)，結(jié)合仿真和實驗的手段深入研究柴油機電控系統(tǒng)中的關(guān)鍵控制問題。
　　跟蹤微分算法和擴張觀測算法本質(zhì)上都是狀態(tài)觀測器。對跟蹤微分算法的理論分析研究表明：最速跟蹤微分算法在目前的各種線性、非線性和混合跟蹤微分算法中具有比較優(yōu)勢，在信號處理和控制中應(yīng)用前景廣闊。本文提出了一種改進(jìn)的混合魯棒非齊次跟蹤微分算法，發(fā)

3、展了滑模跟蹤微分算法，獲得了更好的微分性能。對擴張觀測算法的理論研究和仿真結(jié)果表明：通過對線性擴張觀測算法的收斂性和對非線性擴張觀測算法的誤差分析從理論上初步驗證了擴張觀測算法的估計能力。線性狀態(tài)觀測算法、非線性狀態(tài)觀測算法、線性擴張觀測算法和非線性擴張觀測算法應(yīng)用于控制中均具有一定的擾動抑制能力，但非線性擴張觀測算法的擾動抑制能力最為顯著。
　　自抗擾控制可以推廣到一類非線性大不確定性控制系統(tǒng)，具有需要對象模型信息少、魯棒性強、

4、在擾動情況下能保持穩(wěn)定的優(yōu)點，但實時性不足。本文提出了一種基于信任度分配的小腦模型神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與自抗擾組成的前饋反饋復(fù)合控制算法。仿真結(jié)果表明該復(fù)合控制算法具有更好的實時性。
　　作為應(yīng)用研究，本論文應(yīng)用數(shù)值仿真對柴油機動力裝置轉(zhuǎn)速控制算法進(jìn)行研究。以某大型船舶柴油機調(diào)速系統(tǒng)為研究對象，基于對象動力學(xué)特性，建立了船舶柴油機推進(jìn)系統(tǒng)的仿真模型。自抗擾控制在柴油機轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)中的應(yīng)用研究表明：自抗擾控制相比于PID控制能顯著改善瞬態(tài)性能，

5、減小超調(diào)，并提高系統(tǒng)在隨機干擾下的穩(wěn)態(tài)控制精度。
　　跟蹤微分算法在信號處理和狀態(tài)預(yù)測中也具有重要的應(yīng)用前景。本文利用跟蹤微分算法對柴油機瞬時轉(zhuǎn)速進(jìn)行濾波獲得了理想的濾波效果。探索了基于瞬時轉(zhuǎn)速的柴油機瞬時扭矩的兩種估計方法：第一種是利用多級跟蹤微分算法對測量瞬時轉(zhuǎn)速信號進(jìn)行處理，獲得其跟蹤信號和微分信號，再通過求解動力裝置的計算模型來獲得柴油機的扭矩；第二種是將扭矩估計問題轉(zhuǎn)化為轉(zhuǎn)速跟蹤問題，采用基于信度分配的小腦模型神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對

6、系統(tǒng)在線逆動態(tài)建模，運用梯度下降法修正網(wǎng)絡(luò)的權(quán)值。采用誤差反饋保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性。數(shù)值仿真結(jié)果表明：采用多級跟蹤微分算法可以獲得瞬時轉(zhuǎn)速的高品質(zhì)跟蹤信號和微分信號；采用小腦模型神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的估計方法只要大約60度曲軸轉(zhuǎn)角后，模型轉(zhuǎn)速和實測轉(zhuǎn)速跟蹤精度可控制在±1％。
　　針對我國自主設(shè)計的新型蓄壓分配燃油系統(tǒng)，采用實驗的方法研究了各控制參數(shù)對系統(tǒng)的影響規(guī)律。在此基礎(chǔ)上，本文結(jié)合自抗擾控制理論和實驗的手段研究了軌壓控制問題。研究結(jié)果表明：

7、軌壓控制系統(tǒng)綜合采用開環(huán)閉環(huán)混合控制、前饋反饋控制、串級控制的控制策略，閉環(huán)算法采用基于跟蹤微分算法的非線性 PID算法，在穩(wěn)態(tài)工況下軌壓波動可控制在±1MPa以內(nèi)，瞬態(tài)無超調(diào)，控制效果優(yōu)于PID控制算法。此外，軌壓在驅(qū)動頻率和轉(zhuǎn)速滿足一定條件下發(fā)生振動，對該現(xiàn)象的研究結(jié)果表明：共軌系統(tǒng)內(nèi)易發(fā)生波的疊加，采用變頻控制可以在全工況范圍內(nèi)避免軌壓發(fā)生振動。
　　本文對自抗擾控制的理論研究促進(jìn)了自抗擾不確定性控制理論的發(fā)展。同時，本文基