摘 要:建立2135型柴油机调速器的非线性模型,设计一种滑模控制器,以实现对单输入非线性柴油机调速系统的控制,并用MatLab/Simulink仿真
,体现出滑模变结构控制对非线性系统进行控制的动态、静态品质优良,鲁棒性好的特点,解决传统PID控制超调量大、调节时间长的问题。针对
滑模变结构控制器容易产生抖振的问题,设计了自适应离散滑模控制器,取得较好的仿真结果。
关键词:调速系统;滑模控制器;非线性;抖振;自适应
变结构控制是苏联学者Utkin和Itkin在20世60年代初提出的一种设计方法。滑模变结构控制是变结构控制系统的一种控制策略,它是在相平
面法基础上产生的一种现代控制理论的综合方法。其基本思想是:系统的运动先达到某切换面,然后在这个子空间作滑动模态渐近地趋向原点,当
这个滑动运动具有良好品质时,就实现了控制的目的[1]。
这种控制与常规控制的根本区别在于控制的不连续性,即一种使系统“结构”随时变化的开关特性。该控制特性可以迫使系统的“结构”在瞬变
过程中,根据系统当时的状态(偏差及其各阶导数等),以跃变方式有目的地变化,并在一定条件下沿规定的状态轨迹作小幅度、高频率的上下运动
,即滑动模态或“滑模”运动。这种控制的最大特点就是系统具有极强的鲁棒性,对被控制对象的模型误差、对象参数的变化以及外部干扰有极
佳的不敏感性[2]。
随着单片机技术和控制技术的发展,柴油机调速器也开始由传统的机械式调速器向电子调速器方向发展。但其转速的控制都是采用PID或模糊-
PID算法。PID控制技术,虽然结构简单,但有超调较大、调节时间长和存在稳态误差等缺点。因此,不能保证柴油机以较优的性能运行。本文设计
了自适应滑模变结构控制器来控制柴油机的转速,MatLab/Simulink仿真的结果显示对转速有良好的控制效果。
为了对所建立的柴油机非线性模型和设计的滑模变结构控制器进行验证,本文对电控柴油机工作过程进行仿真,看控制器对转速的控制效果。仿
真的整个过程包括电子调速器的工作过程和柴油机的工作过程,前者通过对齿条位置的连续伺服调节,对喷油过程实现间接控制,从而达到控制柴
油机转速的目的,其中电动执行器本质上是一个带有内置式制动器的步进电机,并且安装在高压油泵油门齿条侧,用以驱动油门齿条;以实际的带
齿条的2135型柴油机为研究对象,实测出各转速对应的喷油量、平均指示压力等数据,然后利用MatLab软件,建立电控柴油机仿真模型的MAP图,再
将这些MAP图预存入Simulink仿真的柴油机工作模块中,并以转速和喷油量为输入量,查MAP图得到输出量平均指示压力的值,最后运用达兰贝尔原
理反馈回转速,形成软件的在环仿真。
利用指数趋近律设计系统的滑模变结构控制器,具有诸多优越性,但受到趋近律的参数和离散化时采样周期的影响,系统会出现很大的抖振。下面
,我们将设计自适应滑模控制器来降低抖振。
变结构的控制方法是非线性系统控制的主要方法之一[4],在很多情况下,研究非线性系统是用多种方法将非线性系统线性化,然后进行线性系统
研究,这样就会导致系统的控制效果不理想。我们研究的目的就是用变结构理论来研究非线性发动机调速系统,以保持系统的非线性特性。而且
自适应参数的引入很好的解决了滑模变结构控制的抖振问题。
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