[发明专利]一种基于柴油机哈密顿模型的结构修正控制方法

说明书

本发明公开一种基于柴油机哈密顿模型的结构修正控制方法，属于控制技术领域，柴油机的输出控制是柴油机运行中的一个关键问题，传统的控制方法是采用PID控制，本发明提供一种用于柴油机的修正控制方法，具体为在柴油机哈密顿模型的基础上，采用哈密顿结构修正方法，通过修改哈密顿模型中的结构矩阵，产生附加控制，达到对柴油机输出功率的控制。

技术领域

本发明属于柴油机控制技术领域，具体是一种基于柴油机哈密顿模型的结构修正控制方法。

背景技术

柴油机属于一种提供动力力矩的机械设备，对柴油机输出特性的控制研究是柴油机研究中的一个重点。目前基于柴油机模型基础上构造的控制可粗略分为两类，一是以传统PID控制为基础，再结合新的控制理论的PID参数优化，二是构造新型控制器替换PID控制，这两类控制的设计思路不同，但目标都是实现在暂态过程中抑制超调，缩短暂态振荡时间。由于广义哈密顿系统在解决非线性系统的控制问题方面显示了其突出的特点，它的结构和阻尼矩阵能将模型内部参数之间关联的动力学信息展现出来，所以基于哈密顿模型研究柴油机控制特性是一种新思路。

发明内容

本发明采用哈密顿结构修正方法设计柴油机的附加控制，在柴油机哈密顿模型基础上通过哈密顿结构修正方法对控制进行设计，具体为在保证柴油机系统稳定的条件下通过结构矩阵因子设计，获得柴油机控制律，实现反馈镇定控制，并通过仿真验证这种控制方法本发明以柴油机为研究对象，目的是找到修正后的控制变量；首先直接给出柴油机哈密顿模型，在此基础上选取修正后的哈密顿函数Hd和修正矩阵J_α和R_α，计算矢量函数K(x)，根据哈密顿修正理论，推导控制变量u_α和M_Lα。

本发明所依据的柴油机哈密顿函数：

其中：H_(x)是哈密顿函数，m₁(kg)是柴油机执行器移动部分的质量，x₁(m/s)是执行器输出的位移；x₂(m)是执行器运动速度；k₁是执行器中弹簧的弹性系数；T_j是惯性时间常数；ω₁是柴油机旋转轴的电角速度增量(标么值)；ω_B＝314(rad/s)是电角速度的基准值；

一个非线性系统用端口受控的哈密顿系统表示可写为：

x是状态变量矩阵，即x＝[x₁ x₂ ω₁]^T，w_(x)是控制变量，J(x)是反对称矩阵,即J(x)＝-J^T(x)，R(x)是阻尼对称矩阵，即R(x)＝R^T(x)≥0，g_(x)是输入矩阵，y是输出矩阵；

其中：

其中：k_x1、k_u、a₁、d₁、c₁、k_ω为柴油机执行器参数；D_d为柴油机等值阻尼系数；w_(x)为控制变量；M_L为负载控制力矩；T_j为惯性时间常数(s)。

本发明的设计依据：

定理：给定平衡点x₀和期望的结构修正J_a(x)、阻尼修正R_a(x)，假定能够找到一个控制α(x)和一个向量函数K(x)，满足：