基于自抗扰控制技术的柴油机调速算法研究

来源 :哈尔滨工程大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:lixin062
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控制器是柴油机的核心,其性能优劣决定着整个柴油机系统的各方面性能,本文研究的电调控制系统通过调整电磁执行器带动齿条位移来调节喷油泵的供油量,从而控制柴油机转速。目前电子调速控制策略一般采用位移环和转速环结合的双闭环控制方式,在工程上比较常用的方式是两环均采用常规PID算法进行控制。这种算法简单有效且不依赖精确模型,但是也有其缺陷,不能自动调节参数,无法适应像柴油机一样具有较强非线性、时变性和环变性的系统,因此我们需要在传统PID的基础上发扬其精髓并吸收现代控制理论的知识,提出一种新控制算法以得到更好的控制效果。
  自抗扰控制器通过在传统PID结构的基础上加入“安排过渡过程”并合理地“提取微分信号”同时采用对误差信号的“非线性组合”处理方式以改善常规PID控制器的性能。利用跟踪微分器(TD)、扩张状态观测器(ESO)和非线性状态误差反馈(NLSEF)构造出来的自抗扰控制器(ADRC)更能适应柴油机非线性强的特点。为了更直观地对比验证自抗扰的优越性,利用跟踪微分器(TD)对常规PID进行改进,对常规PID、改进PID和自抗扰控制算法三种算法分别进行验证。为了验证自抗扰控制器可以和其它先进算法结合,将自抗扰控制器和滑模控制器相结合并进行验证。
  本文选择D6114型柴油发电机组作为算法研究的被控对象,利用Simulink搭建数学模型,建模方法采用平均值方法,以Matlab-function编程的方式建立自定义模块与Simulink原有模块相结合搭建控制器模型,分别搭建五种不同控制算法下的控制器模型,首先进行离线仿真验证,检验算法的可行性;而后进行半物理仿真,分别把上述五种控制算法下的控制器模型导入dSPACE中,被控对象采用D6114柴油机模型并在模型中添加扰动,执行器采用实物接入闭环,进行半物理仿真并分析数据进一步研究自抗扰及相关算法的特性。
  本文利用dSPACE中的DS1103单板机作控制器来完成调速控制实验,其中在启动、稳定运行和加减载动态调速阶段分别完成对传统PID、改进PID和自抗扰控制器的实验验证,结果表明利用微分跟踪器(TD)对PID进行改进后,控制器的稳态和瞬态调速效果均有明显提升。在改进后PID的基础上建立的自抗扰控制器的控制效果更好。验证自抗扰和滑模控制器结合效果,发现自抗扰控制器和滑模控制器结合可以有效的减少抖振并提升瞬态调速效果。
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瞬态流体激励是离心泵最主要的结构振动激励源之一,容易诱发设备的流固耦合振动问题,影响设备运行的可靠性。根据流动区域的不同,可以将离心泵内部流动分为主流道流动和间隙流动。间隙流动对离心泵振动特性的影响不仅直接体现在流体激励方面,同时还作用于设备的转子系统,影响水力机械的转子动力学特性和转子稳定性。因此研究间隙流动是准确预测离心泵流固耦合动力学特性的重要环节。本文以一台单级蜗壳式离心泵为研究对象,主要
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