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基于自适应控制理论的柴油机转速控制研究

作　者: 王轶
导　师: 马修真
学　校: 哈尔滨工程大学
专　业: 轮机工程
关键词: 柴油机调速自适应控制仿真试验
分类号: TP273.2
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
下　载: 73次
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内容摘要

电子调速技术作为柴油机电控技术的重要组成部分,对其的要求也越来越高。针对实际应用于柴油机的PID控制器存在控制参数一经确定不能在线调整,不同型号的柴油机其控制参数也往往不一样,本文提出了自适应控制算法在柴油机转速控制中的应用。通过广泛阅读国内外柴油机电子调速系统控制方面的相关文献,深入研究了自适应控制的基础理论。比较并分析了各种自适应控制算法在柴油机调速控制中应用的可行性,最终确定模型参考自适应控制器在柴油机调速控制中的应用。在系统学习设计模型参考自适应控制器的理论基础上,应用达朗贝尔原理,通过对柴油机运动方程的化简,最终确立了可应用于模型参考自适应控制算法的一阶延时、并带有负载变化的实际柴油机仿真模型。结合实验室现有的直流力矩电机执行器,建立了执行器仿真模型。根据模型参考自适应控制算法的理论基础,建立了相应的理想参考模型的仿真模型；最后利用李雅普诺夫稳定性第二法,利用输入输出构成自适应规律的设计方法建立模型参考自适应控制器的仿真模型。应用MATLAB/Simulink软件,对建立的数学模型进行离线仿真、优化、分析、验证。并且在不同工况下,与传统PID控制器的仿真结果进行对比,结果表明,柴油机在启动、负载突变、柴油机性能指标变化以及改变目标转速的情况下,自适应控制器的控制超调量均小于传统PID控制器的控制超调量,控制效果明显优越于传统PID控制器的控制效果。本文最后进行了试验验证。选用德国海茵兹曼模拟器、基于9s12单片机的控制器作为硬件平台,将经过离线仿真优化过的自适应控制算法用C语言进行编程。对柴油机模型的启动,稳态、转速突变、干扰等情况下的转速变化进行控制检测,通过实际调试,验证了自适应控制算法中各参数的实际意义,并证明了自适应控制算法在柴油机转速控制过程中的优越性。

全文目录

摘要  5-6
ABSTRACT  6-10
第1章绪论  10-17
  1.1 课题研究背景  10
  1.2 国内外相关发展现状  10-15
    1.2.1 电子调速器技术的发展现状  10-11
    1.2.2 控制算法的发展现状  11-13
    1.2.3 自适应控制算法的发展现状  13-15
  1.3 本文主要工作  15-17
第2章自适应控制在柴油机调速中应用的理论基础  17-30
  2.1 自适应控制在柴油机调速系统中的重要性  17
  2.2 自适应控制的定义  17-18
  2.3 自适应控制的理论基础  18-22
    2.3.1 李雅普诺夫稳定性理论  18-20
    2.3.2 动态系统的正实性  20-21
    2.3.3 超稳定性理论  21-22
  2.4 自适应控制系统的设计要求  22-24
    2.4.1 稳定性  22-23
    2.4.2 准确性  23-24
    2.4.3 鲁棒性  24
    2.4.4 快速性  24
    2.4.5 收敛性  24
  2.5 自适应控制的类型和基本原理  24-28
    2.5.1 自校正控制系统  25-26
    2.5.2 模型参考自适应控制系统  26-27
    2.5.3 可变增益的自适应控制系统  27-28
    2.5.4 其他类型的自适应控制系统  28
  2.6 应用于柴油机调速控制的自适应控制  28
  2.7 本章小结  28-30
第3章柴油机自适应调速系统仿真模型的建立  30-41
  3.1 软件介绍  30-31
  3.2 柴油机调控制速系统概述  31-32
  3.3 柴油机模型的建立  32-37
  3.4 执行器模型的建立  37-39
  3.5 理想参考模型的建立  39-40
    3.5.1 设计理想参考模型的假设条件  39
    3.5.2 理想模型的建立  39-40
  3.6 本章小结  40-41
第4章模型参考自适应控制器的设计及仿真  41-59
  4.1 模型参考自适应控制器的分类  41
  4.2 模型参考自适应控制器的设计方法  41-51
    4.2.1 用局部参数最优化理论设计模型参考自适应系统  41-44
    4.2.2 用李亚普诺夫稳定性理论设计模型参考自适应系统  44-50
      4.2.2.1 用可调系统的状态变量构成自适应规律的设计方法  44-47
      4.2.2.2 用被控对象的输入输出构成自适应规律的设计方法  47-50
    4.2.3 应用于柴油机调速控制的模型参考自适应控制系统  50-51
  4.3 用输入输出构成的自适应控制律设计模型参考自适应控制器  51-53
  4.4 自适应控制系统仿真  53-55
  4.5 基于模型参考自适应控制规律的柴油机电子调速器的仿真结果及分析  55-58
    4.5.1 柴油机的启动控制  55-56
    4.5.2 负载变化对柴油机转速的影响  56-57
    4.5.3 改变目标转速对柴油机的影响  57
    4.5.4 不同柴油机特性对控制效果的影响  57-58
  4.6 本章小结  58-59
第5章试验验证  59-73
  5.1 硬件概述  59-60
    5.1.1 控制器的选用  59
    5.1.2 驱动模块的选用  59-60
    5.1.3 其他硬件设备的选用  60
  5.2 软件概述  60-68
    5.2.1 转速采集程序  61-63
    5.2.2 自适应控制算法程序  63-68
  5.3 试验验证结果及分析  68-72
    5.3.1 启动试验结果  68-69
    5.3.2 稳态试验结果  69
    5.3.3 转速变化试验结果  69-70
    5.3.4 干扰对转速的影响试验结果  70-71
    5.3.5 试验结果分析  71-72
  5.4 本章小结  72-73
结论  73-74
参考文献  74-78
攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果  78-79
致谢  79

基于自适应控制理论的柴油机转速控制研究

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