【摘 要】
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柴油发动机具备扭矩大、热效率高、经济性能好、排放性能好等优点,被广泛地应用在交通运输、工程机械、农用机械、船舶动力等领域,在工业中具有极其重要的地位。柴油机电控燃油喷射技术是柴油机控制技术中的一个重要研究方向,也是改善柴油机工作性能的关键技术。电控VE分配泵中的油量执行器机构是位置控制式电控燃油喷射系统中的重要组成部分,可实现喷油泵的喷油量自动控制。在柴油机喷油系统中,油量执行器系统的位置控制精度
【基金项目】
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某自动化有限公司的合作项目:油量执行器系统建模与先进控制系统软件研究;
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柴油发动机具备扭矩大、热效率高、经济性能好、排放性能好等优点,被广泛地应用在交通运输、工程机械、农用机械、船舶动力等领域,在工业中具有极其重要的地位。柴油机电控燃油喷射技术是柴油机控制技术中的一个重要研究方向,也是改善柴油机工作性能的关键技术。电控VE分配泵中的油量执行器机构是位置控制式电控燃油喷射系统中的重要组成部分,可实现喷油泵的喷油量自动控制。在柴油机喷油系统中,油量执行器系统的位置控制精度决定着喷油泵的喷油量控制精度。而在油量执行器系统的工作过程中,多种扰动影响着系统的控制性能。现有的油量执行器控制研究未全面地考虑系统中存在的多种形式干扰,无法实现系统在多源扰动下的高精度控制。本文为提高油量执行器系统的控制性能,建立了系统的非线性数学模型,分析了系统中存在的多源扰动,基于模型设计了一系列抗干扰控制的方法,并通过仿真和实验验证了所设计方法的有效性。本文首先介绍了柴油机电控喷油系统的发展概况,分析了油量执行器系统的控制研究现状。接着从油量执行器系统的工作原理出发,分析了系统中回位弹簧和旋转电磁铁的结构特性和工作特性,建立了系统弹簧力矩和电磁力矩的表达式,又结合系统的动态方程,建立了油量执行器系统的非线性数学模型。根据系统的非线性模型,设计了基于干扰观测器的控制方法,通过反馈线性化抵消系统的非线性,并通过干扰的估计补偿消除系统干扰的影响。针对系统中存在的时变干扰,本文接下来设计了基于高阶干扰观测器的控制方法,实现了更精确的干扰估计,进而提高了系统的抗干扰控制效果。接下来,本文指出了油量执行器系统在工作过程中受到多源扰动的影响,其中详细分析了油量执行器系统受到的谐波力矩扰动。为抑制多源干扰对系统的影响,进行了精细抗干扰控制设计。考虑到系统中存在的常值干扰与谐波干扰,设计了基于多源扰动抑制的油量执行器系统复合控制器,此控制器虽然可保证在多源扰动存在时系统的位置输出不存在跟踪误差,但却不能较好地快速抑制多源扰动对系统的影响,导致油量执行器系统工作性能不够理想。因此为了实现快速消除多源扰动的影响,本文结合多源扰动下的油量执行器系统非线性数学模型,完成了基于多源扰动观测器的控制方法设计。为了进一步提高油量执行器系统的抗干扰性能,本文最后设计了基于多源扰动观测器的连续滑模控制方法,通过设计连续的控制律实现了无抖振的滑模控制,多源扰动的估计补偿也使得连续滑模控制器中的切换增益可取更小值,有效地减小了系统位置的稳态波动。
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