[发明专利]基于PD-ADRC的燃-燃联合动力装置串级控制方法

说明书

本发明的目的在于提供基于PD‑ADRC的燃‑燃联合动力装置串级控制方法，包括外环PD控制回路和内环ADRC控制回路，外环PD控制回路采集燃气轮机反馈的燃油流量和轴转速，通过map图插值计算当前燃机输出功率与系统总功率；通过设定功率分配比例，计算设定功率；基于设定功率与插值计算得到的输出功率的偏差计算设定转速；内环ADRC控制回路采集燃气轮机的实际转速，基于外环PD控制回路计算得到的设定转速与实际转速的偏差，通过线性ADRC算法调节燃机燃油流量，实现功率转移及加减速过程。本发明无需切换控制即可完成燃‑燃联合动力装置的功率转移、加减速等不同动态过程的控制。由于采用了ADRC作为控制回路的一环，轴转速的控制不存在稳态误差，系统具有更强的鲁棒性。

技术领域

本发明涉及的是一种船舶动力装置控制方法，具体地说是船舶燃-燃联合动力装置控制方法。

背景技术

近年来，随着世界各国对海洋资源的深度开发和对海洋权益的高度重视，船舶领域技术得到了迅速的发展。燃-燃联合动力装置作为一种功率大、机动性好，工作模式灵活的动力形式被广泛应用于船舶推进。对于燃-燃联合动力装置，控制系统影响着装置整体的运行性能。

现有的燃-燃联合动力装置控制主要基于PID实现，即使是改进也是在其基础上进行控制参数优化。PID的控制原理是被动地基于误差反馈来消除误差，这样的控制算法使其自身的调节滞后于扰动，当控制力过大时，系统可能出现振荡与超调现象，而且容易出现积分饱和现象。自抗扰控制(ADRC)技术是韩京清研究员于1999年正式提出的控制算法。其将控制系统简化为积分串联型系统，其余未建模部分及系统不确定因素均被归结为总扰动。ADRC算法具有较强的鲁棒性和天然的解耦性，而且建模方法简单，非常适合燃-燃联合动力装置控制系统设计。

发明内容

本发明的目的在于提供可实现系统不同燃气轮机间的功率平衡以及无稳态误差的转速控制，具有良好的转速跟踪性与抗干扰性的基于PD-ADRC的燃-燃联合动力装置串级控制方法。

本发明的目的是这样实现的：

本发明基于PD-ADRC的燃-燃联合动力装置串级控制方法，其特征是：包括外环PD控制回路和内环ADRC控制回路，所述外环PD控制回路采集燃气轮机反馈的燃油流量和轴转速，通过map图插值计算当前燃机输出功率与系统总功率；通过设定功率分配比例，计算设定功率；基于设定功率与插值计算得到的输出功率的偏差计算设定转速；所述内环ADRC控制回路采集燃气轮机的实际转速，基于外环PD控制回路计算得到的设定转速与实际转速的偏差，通过线性ADRC算法调节燃机燃油流量，实现功率转移及加减速过程。

本发明还可以包括：

1、所述外环PD控制回路控制过程具体为：

采集燃油流量u1与轴转速np1，通过特性曲线map图插值得到当前输出功率Ne1，依照上述方法得到不同燃机的功率相加得系统总功率，将总功率与设定的功率分配比例系数相乘，得到不同燃机的目标功率Ne_r1，将目标功率与插值计算得到的功率相减，得到功率偏差值，将偏差值输入到PD控制器中，控制器输出为转速变化率项，与期望的运行转速相加，得到相应设定转速，控制率可表示为：

其中：np_r为设定转速、np_exp为期望转速、Kp为比例系数、Kd为微分系数、Ne_r为目标功率、Ne为插值计算得到的功率。

2、在内环线性ADRC回路，通过外环计算的设定转速与反馈转速的偏差，计算燃油流量，表示为：

其中np为燃机转速、u为燃油流量、t为时间、w为外部扰动、b为增益系数；

将b分解为估计值b₀和估计偏差(b-b₀)这两部分，可表示为：