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摘要目前针对可变截面涡轮增压柴油发动机的研究基本是对气体回路或转速回路单独进行研究的。本文主要研究了气体-转速双环回路的协同控制策略，对双环系统建立了一个包含扰动的四阶简化模型，介绍了双环控制器的设计方法和仿真结果。对转速环回路设计了一个基于Lyapunov函数的控制器，对气体环回路设计了基于指数趋近律的滑模控制器，在设计中加入扩张状态观测器(ESO)来观测和克服系统中的总扰动。仿真结果表明采用观测器和趋近律设计出的滑模控制器能够有效地抑制变结构系统中的“抖振”问题，由此设计的双环控制系统具有良好的跟踪性能；在存在扰动的情况下，对于未建模的动态和执行器故障起到了很好的抑制作用，具有良好的抗扰性能。33986
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毕业论文关键词 涡轮增压柴油发动机 气体-转速双环回路 Lyapunov函数 滑模控制 扩张状态观测器 “抖振” 抗扰性能
毕业设计说明书外文摘要
Title Variable Geometry Turbocharged Diesel Engine:Sliding Mode Control Using Extended Space Observer
Abstract
Currently,studies on turbocharged diesel engines are basically making research on air-path or speed-path alone. This airticle makes a research on the cooperative control strategy of the air and speed-path two loop system. A fourth-order simplified model which contains disturbances is established.And the proposed design methods and simulation results are shown. A controller based on Lyapunov function for the speed path is designed and a sliding mode controller based on exponential reaching law for the air path. A extended state observer (ESO) is added in to estimate and reject the total disturbances.The simulation results show that the sliding mode controller which utilizes observer and reaching law can alleviate the chattering problem obviously and the designed two loop dynamic system has good tracking performance and immunity performance. In the presence of disturbances, the system can still observe the total disturbances,including the unmodeled dynamics and actuator faults, accurately and timely.
Keywords Turbocharged diesel engine Air and speed-path Lyapunov fuction
Sliding mode control Extended space observer Chattering Immunity performance
目 次
1 绪论 1
1.1研究背景及意义 1
1.2柴油发动机的研究现状 2
1.3柴油发动机控制策略的研究现状 3
1.4论文研究内容与章节 3
2柴油发动机气体-转速双环系统的建模及分析 5
2.1引言 5
2.2柴油发动机的气体回路模型 5
2.3柴油发动机的转速回路模型 7
2.4柴油发动机的模型分析 8
2.5本章小结 11
3柴油发动机转速回路Lyapunov控制器的设计 13
3.1引言 13
3.2李雅普诺夫控制器的设计 13
3.3本章小结 14
4柴油发动机气体回路指数滑模控制器的设计 15
4.1引言 15
4.2滑模变结构控制的基本原理 15
4.3基于指数趋近律的滑模控制器的设计 19
4.3本章小结 21
5柴油发动机气体回路扩张状态观测器的设计 23
5.1引言 23
5.2扩张状态观测器的基本原理 23
5.3扩张状态观测器的设计 26
5.4基于ESO的滑模控制器的设计 27
5.5本章小结 29
6柴油发动机双环系统的设计与仿真 30
6.1引言 30
6.2气体-转速双环系统的设计 30
6.3仿真研究 31
6.4本章小结 42
结论 43
致谢 44
参考文献 45
1 绪论
1.1 研究背景及意义
20世纪以来，全球包括煤炭、石油等在内的传统化石能源正日益匮乏，随之带来的能源的价格却日益上涨。1992年5月9日，联合国政府间谈判委员会就气候变化问题达成了《联合国气候变化框架公约》(俗称《哥本哈根议定书》) [1]。围绕该框架公约，各国开始采取了一系列有效措施来实现节能减排。