[發明專利]面向發動機臺架的轉速自適應控制系統及其方法

有效

• 申請號: 201810314412.0
• 申請日: 2018-04-09
• 公開（公告）號: CN108427285B
• 公開（公告）日: 2021-04-02
• 發明（設計）人: 謝輝;阮迪望;張國輝
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 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

本公開提供了一種面向發動機臺架的轉速自適應控制系統及其方法，其中轉速控制系統包括：參考模型模塊、參數辨識反饋單元和反饋系數修正模塊；參考模型模塊，對所述臺架控制上位機輸出的目標轉速進行一階濾波處理，作為轉速控制系統的參考轉速目標值；參數辨識反饋單元，用于辨識臺架系統的參數，同時對臺架系統內外部總擾動進行觀測和補償，并對補償后的系統產生控制量；反饋系數修正模塊，對參數辨識反饋單元中的反饋控制量進行實時修正。本公開利于提高發動機?測功機臺架系統的瞬態轉速跟蹤性能和控制方法的自適應性，有效減少控制方法需要調節的參數，進而減少調參時間。

技術領域

本公開涉及普通轉動裝置的轉速控制領域，尤其涉及一種面向發動機臺架的轉速自適應控制系統及其方法。

背景技術

發動機-測功機臺架系統是一個以發動機油門開度和測功機加載力矩為輸入，以發動機扭矩和轉速為輸出，以瞬時轉速和瞬時扭矩分別跟蹤測試工況循環的轉速、扭矩曲線為目標的雙輸入雙輸出的耦合系統。發動機臺架進行瞬態循環實驗時，一般采用測功機控制轉速、發動機控制扭矩的工作模式。其中，測功機控制器通過改變加載力矩實現轉速閉環。測功機通過聯軸器與發動機相連，發動機是一個高度非線性的時滯系統，扭矩波動較大，給測功機的轉速控制帶來挑戰。同時，開發在被測發動機-測功機臺架系統參數更換后，能快速控制好新的臺架進行實驗，以縮短目前基于PID的控制方法在臺架更換后的參數調節時間的更加先進的控制方法具有重大的工業應用價值。

綜上所述，對發動機-測功機組成的非線性、時滯、雙輸入雙輸出的耦合系統，目前還沒有滿足實際應用需求的控制系統及其控制方法。

發明內容

(一)要解決的技術問題

本公開提供了一種面向發動機臺架的轉速自適應控制系統及其方法，以至少部分解決以上所提出的技術問題。

(二)技術方案

根據本公開的一個方面，提供了一種面向發動機臺架的轉速自適應控制系統，用于對由發動機和測功機構成的臺架系統進行轉速控制，所述臺架系統的發動機與測功機通過連接軸連接，并通過連接軸上設置的傳感器輸出實際轉速至轉速自適應控制系統，發動機控制器與發動機相連，測功機控制器與測功機相連；臺架控制上位機發送目標轉速至轉速自適應控制系統；所述轉速自適應控制系統包括：參考模型模塊，用于對所述臺架控制上位機輸出的目標轉速進行濾波處理，作為轉速自適應控制系統的參考轉速目標值；參數辨識反饋單元，基于從臺架系統獲取的發動機轉速，測功機輸出扭矩和轉速，以及參考模型模塊輸出的參考轉速目標值，對臺架系統的測功機轉動慣量進行參數辨識，同時對臺架系統內外部總擾動進行觀測和補償，并對補償后的臺架系統產生反饋控制量；以及反饋系數修正模塊，獲取目標轉速、實際轉速和參考轉速目標值，用于對所述參數辨識反饋單元中的反饋控制量進行實時修正。

在本公開的一些實施例中，參數辨識反饋單元包括：參數辨識模塊，用于對臺架系統的測功機轉動慣量進行參數在線辨識；擴張狀態觀測器模塊，用于對臺架系統的內外部總擾動進行實時觀測和補償；以及自適應反饋模塊，用于產生反饋控制量，作為經所述擴張狀態觀測器模塊補償后的臺架系統的控制輸入。

一種面向發動機臺架的轉速自適應控制方法，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速，并對目標轉速進行濾波處理得到參考轉速目標值；步驟b：對臺架系統的測功機轉動慣量J_d進行參數在線辨識，根據

實現對b0的估計；步驟c：采集測功機的實際轉速和目標加載力矩，利用擴張狀態觀測器模塊對臺架系統內外的擾動進行觀測；步驟d：自臺架控制上位機獲取測試循環的目標轉速，結合傳感器采集的測功機實際轉速，基于反饋系數修正模塊的輸出值更新自適應反饋模塊的反饋控制量；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，并將其發送給所述臺架系統的測功機控制器。