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基于扰动观测器的连续非奇异终端滑模共轨燃油系统轨压控制研究
| 论文题名： | 基于扰动观测器的连续非奇异终端滑模共轨燃油系统轨压控制研究 |
| 关键词： | 船用柴油机;共轨燃油系统;轨压控制;滑模控制;扰动观测器 |
| 摘要： | 共轨燃油系统是船用柴油机重要组成部分，因具有非线性强、不确定性强和外部扰动未知等特点，轨压控制一直是急需解决且具有挑战性的问题。针对轨压控制的重点和难点，本文设计了一种基于扰动观测器的连续非奇异终端滑模轨压控制器，以满足轨压控制器在全工况下的适应性，提高轨压稳定速度和减小稳态波动。 首先，基于共轨燃油系统的组成结构和物理机理，在做出合理假设的前提下，建立共轨燃油系统数学模型，为控制器设计做准备。同时为精确反映共轨系统工作过程，基于Amesim仿真软件搭建了共轨燃油系统液压模型。通过与实际数据对比，模型误差均在5％以内，满足控制器验证需要。其次，根据发动机全工况运行需求，设计了完善的轨压控制策略，并基于非奇异终端滑模理论设计了轨压控制器。通过相轨迹分析，探究关键控制器参数对系统性能的影响规律，得出最优参数选取原则。然后，针对非奇异终端滑模控制器存在的抖振现象，本文提出了一种连续非奇异终端滑模轨压控制器。在滑动面设计过程中，引入系统状态的幂指数项，以保证系统全局快速收敛，削弱了传统非奇异终端滑模对其参数选取的约束条件。在控制律设计过程中，引入了低通滤波环节，实现了“无抖”控制律设计，消除抖振问题。针对系统存在的未知扰动，设计了有限时间收敛扰动观测器，对系统总扰动进行估计，并将估计值作为前馈加入到控制器设计中，提高系统的稳定速度和鲁棒性。 最后，基于MATLAB/Simulink和Amesim建立了联合仿真平台，初步验证所提方法的优越性。随后，基于6K柴油机实验台架，搭建了共轨燃油系统实验平台，用于实验对比验证。联合仿真和实验结果同时表明，基于扰动观测器的连续非奇异终端滑模控制相比传统PID控制，在不同工况下可以实现更好的轨压跟踪，所提出的控制器具有良好的抗干扰性。在提高稳定速度的同时，减小了轨压稳态波动。 |
| 作者： | 刘健美 |
| 专业： | 动力工程及工程热物理 |
| 导师： | 姚崇 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 哈尔滨工程大学 |
| 学位年度： | 2022 |
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