變結(jié)構(gòu)控制理論在非線性發(fā)動機(jī)調(diào)速系統(tǒng)中的應(yīng)用研究.pdf

1、柴油機(jī)在發(fā)動機(jī)中占有越來越大的比重，而且隨著能源及環(huán)保法規(guī)要求越來越苛刻，電控技術(shù)在柴油機(jī)上的應(yīng)用已成為必然的趨勢。電子調(diào)速器是電控系統(tǒng)中非常重要的部分，為了取得更好的轉(zhuǎn)速控制效果，須要對控制算法進(jìn)行研究。為此，本文提出用滑模變結(jié)構(gòu)控制算法來設(shè)計電子調(diào)速器，并做了相應(yīng)的研究工作。 闡述了柴油機(jī)瞬時轉(zhuǎn)速的概念、轉(zhuǎn)速測量的方法和轉(zhuǎn)速傳感器。介紹了柴油機(jī)的一維線性模型。根據(jù)4135柴油機(jī)的轉(zhuǎn)速、噴油量、輸出有效功等實測數(shù)據(jù)和P-(φ)

2、示功圖，計算出平均指示壓力和平均有效壓力的值，并在MATLAB環(huán)境下利用多項式擬合出轉(zhuǎn)速-噴油量-平均指示壓力之間的非線性關(guān)系，建立起柴油機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的非線性模型。 在此非線性模型的基礎(chǔ)上，將調(diào)速系統(tǒng)非線性微分方程分別變換為高階常微分方程、一類仿射非線性系統(tǒng)、線性簡約型和離散型系統(tǒng)形式，求取各形式的基于線性切換面的等效控制和滑模運動方程，然后取合適的趨近律求得滑模變結(jié)構(gòu)控制器；還設(shè)計基于非線性切換面的滑模變結(jié)構(gòu)控制器、一階動態(tài)滑模

3、變結(jié)構(gòu)控制器和多段超平面滑模變結(jié)構(gòu)控制器；最后對柴油機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的非線性近似數(shù)學(xué)模型分負(fù)載為平穩(wěn)道路特性和復(fù)雜道路特性兩種情況進(jìn)行計算機(jī)仿真。 在MATLAB軟件平臺上，根據(jù)4135型柴油機(jī)的實測數(shù)據(jù)，建立起柴油機(jī)的工作MAP圖；并且在Simulink仿真環(huán)境下，分線性切換面、非線性切換面、動態(tài)滑?？刂坪投喽位３矫嫠姆N情況進(jìn)行了基于滑模變結(jié)構(gòu)控制算法的柴油機(jī)調(diào)速系統(tǒng)工作過程的計算機(jī)仿真；最后將各種滑模變結(jié)構(gòu)控制器以及PID控制

4、器對柴油機(jī)轉(zhuǎn)速的控制效果進(jìn)行比較。得出的結(jié)論是： 1．所設(shè)計的柴油機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的非線性模型是合理的； 2．滑模變結(jié)構(gòu)控制算法對非線性系統(tǒng)的控制效果是明顯的； 3．跟傳統(tǒng)的PID控制算法相比較，滑模變結(jié)構(gòu)控制有跟蹤性能好、超調(diào)小、響應(yīng)快、誤差小、抗干擾能力強(qiáng)和魯棒性好等優(yōu)點，但也存在抖動問題。 以2135型柴油機(jī)為對象，采用步進(jìn)電機(jī)帶動油泵齒條作為執(zhí)行機(jī)構(gòu)來設(shè)計電子調(diào)速器。首先，通過大量的實驗測取實驗數(shù)據(jù)；然

5、后對實驗數(shù)據(jù)進(jìn)行分析得到柴油機(jī)轉(zhuǎn)速-電機(jī)步數(shù)-齒條位置-噴油量之間的關(guān)系；再建立起MATLAB/Simulink環(huán)境下的2135型柴油機(jī)調(diào)速系統(tǒng)工作過程的數(shù)學(xué)模型；最后，分別進(jìn)行基于離散化的滑?？刂扑惴?、離散型滑?？刂扑惴ā⒆赃m應(yīng)滑?？刂扑惴ā柡秃瘮?shù)滑?？刂扑惴ê突Ｗ兘Y(jié)構(gòu)-PID控制算法的2135型柴油機(jī)工作過程的計算機(jī)仿真，并將仿真效果同傳統(tǒng)PID控制器進(jìn)行比較，同樣得出滑模變結(jié)構(gòu)控制跟蹤性能好、超調(diào)小、響應(yīng)快和抗干擾能力強(qiáng)的結(jié)論