[發(fā)明專利]面向發(fā)動機臺架的轉(zhuǎn)速自適應(yīng)控制系統(tǒng)及其方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810314412.0
• 申請日: 2018-04-09
• 公開（公告）號: CN108427285B
• 公開（公告）日: 2021-04-02
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 謝輝;阮迪望;張國輝
• 申請（專利權(quán)）人: 天津大學(xué)
• 主分類號: G05B13/04
• 分類號: G05B13/04
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 任巖

1.一種面向發(fā)動機臺架的轉(zhuǎn)速自適應(yīng)控制系統(tǒng)，用于對由發(fā)動機和測功機構(gòu)成的臺架系統(tǒng)進行轉(zhuǎn)速控制，所述臺架系統(tǒng)的發(fā)動機與測功機通過連接軸連接，并通過連接軸上設(shè)置的傳感器輸出實際轉(zhuǎn)速至轉(zhuǎn)速自適應(yīng)控制系統(tǒng)，發(fā)動機控制器與發(fā)動機相連，測功機控制器與測功機相連；臺架控制上位機發(fā)送目標轉(zhuǎn)速至轉(zhuǎn)速自適應(yīng)控制系統(tǒng)；

所述轉(zhuǎn)速自適應(yīng)控制系統(tǒng)包括：

參考模型模塊，用于對所述臺架控制上位機輸出的目標轉(zhuǎn)速進行一階濾波處理，作為轉(zhuǎn)速自適應(yīng)控制系統(tǒng)的參考轉(zhuǎn)速目標值；

參數(shù)辨識反饋單元，基于從臺架系統(tǒng)獲取的發(fā)動機轉(zhuǎn)速，測功機輸出扭矩和轉(zhuǎn)速，以及參考模型模塊輸出的參考轉(zhuǎn)速目標值，對臺架系統(tǒng)的測功機轉(zhuǎn)動慣量進行參數(shù)辨識，同時對臺架系統(tǒng)內(nèi)外部總擾動進行觀測和補償，并對補償后的臺架系統(tǒng)產(chǎn)生反饋控制量；所述參數(shù)辨識反饋單元包括：

參數(shù)辨識模塊，用于對臺架系統(tǒng)的測功機轉(zhuǎn)動慣量進行參數(shù)在線辨識；

擴張狀態(tài)觀測器模塊，用于對臺架系統(tǒng)的內(nèi)外部總擾動進行實時觀測和補償；以及

自適應(yīng)反饋模塊，用于產(chǎn)生反饋控制量，作為經(jīng)所述擴張狀態(tài)觀測器模塊補償后的臺架系統(tǒng)的控制輸入；以及

反饋系數(shù)修正模塊，獲取目標轉(zhuǎn)速、實際轉(zhuǎn)速和參考轉(zhuǎn)速目標值，用于對所述參數(shù)辨識反饋單元中的反饋控制量進行實時修正。

2.一種應(yīng)用于如權(quán)要求1所述的面向發(fā)動機臺架的轉(zhuǎn)速自適應(yīng)控制系統(tǒng)的方法，包括以下步驟：

步驟a：參考模型模塊自所述臺架控制上位機獲取目標轉(zhuǎn)速，并對目標轉(zhuǎn)速進行一階濾波處理得到參考轉(zhuǎn)速目標值；

步驟b：對臺架系統(tǒng)的測功機轉(zhuǎn)動慣量J_d進行參數(shù)在線辨識，根據(jù)

實現(xiàn)對b₀的估計；所述步驟b包括：

子步驟b1：建立測功機的動力學(xué)方程，并進行離散化處理；

子步驟b2：基于實時采集的參數(shù)，對臺架系統(tǒng)的測功機轉(zhuǎn)動慣量J_d進行參數(shù)在線辨識；實時采集的參數(shù)包括：發(fā)動機轉(zhuǎn)速、測功機輸出扭矩和轉(zhuǎn)速以及參考模型模塊輸出的參考轉(zhuǎn)速目標值；

子步驟b3：根據(jù)實現(xiàn)對b₀的估計；

步驟c：采集測功機的實際轉(zhuǎn)速和目標加載力矩，利用擴張狀態(tài)觀測器模塊對臺架系統(tǒng)內(nèi)外的擾動進行觀測；所述步驟c包括：

子步驟c1：將測功機的動力學(xué)方程改寫為狀態(tài)空間方程的形式；

子步驟c2：利用擴張狀態(tài)觀測器，以測功機的實際轉(zhuǎn)速和測功機的目標加載力矩為輸入，實時觀測出臺架系統(tǒng)的內(nèi)外總擾動；

步驟d：自臺架控制上位機獲取測試循環(huán)的目標轉(zhuǎn)速，結(jié)合傳感器采集的測功機實際轉(zhuǎn)速，基于反饋系數(shù)修正模塊的輸出值更新自適應(yīng)反饋模塊的反饋控制量；所述步驟d包括：

子步驟d1：采集測功機的實際轉(zhuǎn)速，臺架上位機輸出的測試循環(huán)的目標轉(zhuǎn)速，并計算實際轉(zhuǎn)速與參考轉(zhuǎn)速目標值的差值；

子步驟d2：自適應(yīng)反饋控制律為參考轉(zhuǎn)速目標值和實際轉(zhuǎn)速的函數(shù)，其中系數(shù)可調(diào)；

子步驟d3：推導(dǎo)系數(shù)修正方程；

步驟e：將步驟d計算出的反饋控制量減掉步驟c觀測出的擾動，再除以b₀，得到測功機的目標加載力矩，并將其發(fā)送給所述臺架系統(tǒng)的測功機控制器。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，所述子步驟d3中，基于Lypunov原理推導(dǎo)滿足臺架系統(tǒng)穩(wěn)定運行的系數(shù)修正方程。

4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，所述步驟b中，對臺架系統(tǒng)的測功機轉(zhuǎn)動慣量進行參數(shù)在線辨識時，是基于帶遺忘因子的遞推最小二乘的方法。

5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，所述步驟a中，目標轉(zhuǎn)速通過CAN總線發(fā)送至參考模型模塊。