[發明專利]基于端口受控哈密頓原理的耦合三容液位控制方法

有效

• 申請號: 202110671859.5
• 申請日: 2021-06-17
• 公開（公告）號: CN113342075B
• 公開（公告）日: 2023-08-18
• 發明（設計）人: 許濤;于海生;于金鵬
• 申請（專利權）人: 青島大學
• 主分類號: G05D9/12
• 分類號: G05D9/12
• 代理公司: 青島發思特專利商標代理有限公司 37212
• 代理人: 宮兆儉

本發明涉及一種基于端口受控哈密頓原理的耦合三容液位控制方法，屬于電液位置伺服控制技術領域。本發明包括如下步驟：S1：三容液位系統模型的構建；S2：三容液位系統PCH模型的構建：根據S1給出的三容液位控制系統，得到三容液位控制系統的端口受控哈密頓模型；S3：三容液位控制原理的分析：包括如下小步：S31：參數確定且無擾動情況：因為所有參數都是精確，基于PCH方法，從而得到基本PCH控制器；S32：參數已知情況下L2?增益擾動補償控制；S33：參數未知情況下自適應L2增益擾動補償控制；S4：三容液位系統的仿真。本發明可廣泛運用于電液位置伺服控制場合。

技術領域

本發明涉及一種基于端口受控哈密頓原理的耦合三容液位控制方法，屬于電液位置伺服控制技術領域。

背景技術

目前的現有技術主要有PID控制、模糊控制、反步控制、神經網絡控制、預測控制、滑模變結構控制、反饋線性化、多模型控制、分數階控制等。但是，現有技術具有以下缺陷：(1)計算復雜度大，控制器在線計算時間長；(2)控制器物理意義不明確；(3)魯棒性和抗干擾性有待提高。

發明內容

針對現有技術存在的上述缺陷，本發明提出了一種基于端口受控哈密頓原理的耦合三容液位控制方法。

本發明所述的基于端口受控哈密頓原理的耦合三容液位控制方法，包括如下步驟：

S1：三容液位系統模型的構建：三容液位系統模型包括自上而下設置的罐1、罐2和罐3、儲液罐，其中：罐1的液體通過閥mv1流入罐2，罐2和罐3的液體分別通過閥mv2和閥mv3流到儲液罐；泵1通過手動閥mv4向罐1供液，通過閥mv6向罐3供液；泵2通過閥mv5向罐2供液，模型表示為：

式中：h_i(t)為t時刻罐i的液位高度；A_i為罐i的橫截面面積，i＝1,2,3；a_j為手動閥mv_j的橫截面面積，可手動調節，j＝1,2,3,4,5,6；g為重力加速度；q₁(t)和q₂(t)分別為通過泵1和泵2供液的流速；

系統的狀態和輸入分別定義為：

x(t)＝[x₁(t),x₂(t),x₃(t)]^T＝[h₁(t),h₂(t),h₃(t)]^T，u(t)＝[u₁(t),u₂(t)]^T＝[q₁(t),q₂(t)]^T??(2)

式中：x(t)為t時刻系統的狀態變量，即液罐的液位；T表示向量的轉置；u(t)為t時刻系統的輸入；

根據公式(1)和(2)，三容液位系統的數學模型表示為：

式中：u_j,j＝1,2表示由控制律產生的電控泵j的期望輸出流量；

S2：三容液位系統PCH模型的構建：根據S1給出的三容液位控制系統，選擇哈密頓函數H(x)為：

則：

式中：為哈密頓函數H(x)的偏導數向量；g(x)為端口連接矩陣；

式中：反對稱矩陣J(x)為互聯矩陣；半正定對稱矩陣R(x)為阻尼矩陣；

得到三容液位控制系統的端口受控哈密頓模型；