[0003] 针对现有技术所存在的上述技术问题，本发明提供了一种基于模糊变结构的柴油发动机电控调速及测试方法，能够提高电控调速系统在变负载状态下的鲁棒性，以达到对柴油发动机电控调速系统的精确控制。
[0004] 一种基于模糊变结构的柴油发动机电控调速方法，该方法具体包括如下步骤：
[0005] 步骤(1)建立柴油发动机调速器的非线性模型，对柴油发动机动力学模型建模；发动机的运动方程为：
[0006]
[0007] 其中：ω为柴油机的曲轴角速度，J为柴油机转化至曲轴处的转动惯量，Md为柴油机的输出扭矩，Mc为柴油机的阻力矩；
[0008] 当偏离平衡工况产生微小波动时，发动机在稳定状态时的输出力矩、阻力矩和曲轴角速度均发生偏移，ΔMd、ΔMc、Δω为发动机的输出力矩偏移量、阻力矩偏移量和曲轴角速度偏移量，发动机的输出力矩偏移量ΔMd、油泵上的油门开度z、曲轴角速度偏移量Δω之间的关系式为：ΔMd＝f(z,Δω)；另一方面，阻力矩偏移量ΔMc、负荷L、曲轴角速度偏移量Δω之间的关系式为：ΔMc＝g(Δω,L)，所以得到：
[0009]
[0010] 其中：Jc为输出力矩转动惯量，JL为阻力矩转动惯量；
[0011] 带入发动机的运动方程得到：
[0012]
[0013] 其中：ωe为额定角速度，ze为柴油机齿条的额定行程，Le为额定条件下的负荷系数，令 Fa为自稳定系数；
[0014] 步骤(2)对发动机执行器建模，输入信号为电压u，设定的执行线圈电流i；输出信号为柴油机齿条位移x1，滑阀位移x2；动力活塞下油压P为中间变量；考虑在额定工况平衡位子附近的运动情况，并忽略油液质量及压缩影响，其运动规律可由下述电流方程、滑阀运动方程、流量方程所描述：
[0015]
[0016] 其中，Δx1为柴油机齿条位移偏移量，Δx2为滑阀位移偏移量，Δp为动力活塞下油压偏移量，K1、K2、K3分别为执行器机构反馈弹簧和定心弹簧的弹性系数以及油液流力系数；M为电磁阀运动件等效质量；Cr、Cf分别是为节流阻尼系数和电磁力系数；Kq、Kc、Ce分别为流量增益系数，电磁阀流量-压力系数和工作漏油流量系数；SA为动力活塞横截面积，Δpc为油压；
[0017] 步骤(3)模糊滑模控制器的设计，考虑到柴油发动机的一类多输入-多输出系统，设计其控制律的状态方程为：
[0018]
[0019] 其中：控制律输入u∈R，
[0020] f(x)是已知上界的非连续控制函数，|f(x)|≤fmax；g(x)是已知下界的增益函数，0≤g(x)min≤g(x)；d为有界干扰，|d|≤dmax；通常由执行器物理参数本身不确定性，即结构不确定性，包括弹簧变形、温度变化、元器件磨损等渐变因素的不确定干扰，这些都导致了结构的不确定性，即输出力矩和阻力矩的转动惯量不能精确获知，从而导致了函数f(x)及g(x)具有不确定性，很难精确获知；因此，在系统存在不确定性和干扰的情况下，首先利用滑模控制器确定一个控制律u；
[0021] 步骤(4)确定控制律；输出位置的目标值为xd(t)则误差及误差变化率表示为T T定义混合误差e＝r-x ，x＝[x1,x2]定义滑动面：
[0022]
[0023] 其中：λ是待定的滑动平面系数，r为输出期望值；
[0024] 先设计等效控制律ueq以确保系统的状态保持在滑动平面上，则此时系统中产生的模态滑模运动，只依赖与滑动平面方程S＝0，不依赖原系统的内部参数及外部干扰；令则得到等效控制律ueq；代入上式得到系统的等效控制律：
[0025]
[0026] 当系统处在动态滑模时，即S＝0，存在一个等效的二阶的动态系统：
[0027]
[0028] 因此滑动面系数λ的确定应使上式具有左半平面的根，以确保是稳定的控制系统；
[0029] 步骤(5)用模糊控制代替等效控制改进设计；由于函数f(x)和g(x)具有不确定性，因此难以产生精确的等效控制力矩，为此，采用自适应模糊控制逼近等效控制，用具有参数调节的模糊控制律 代替等效控制律ueq；根据滑模控制原理，其中控制律由两项组成，一项是模糊等效控制律 该项的作用是使系统的状态保持在滑动模式上；另一项是不连续控制uN，该项的作用是使系统状态进入滑动模式，因此，所设计的新的模糊滑模控制律为：
[0030]
[0031] 首先构造自适应模糊控制器，推导模糊控制自适应律，以逼近等效控制，然后推导不连续控制律uN，以确保整个模糊滑模控制系统的稳定性，最后改进滑模控制律，以简化抖振现象；
[0032] 模糊规则的结论为固定常数的模型逼近等效控制，模糊规则的一般形式Rl：
[0033]
[0034] 模糊控制器的输出为：
[0035]
[0036] 其中：Cl是可调参数矢量， 是高斯型隶属函数；
[0037] 推导规则参数矢量Cl的自适应调整律；首先建立误差动态方程：
[0038]
[0039] 用矢量形式表示为：
[0040]
[0041] 其中：
[0042] 设存在一个最优参数矢量 使得逼近误差 最小，则
[0043]
[0044] 其中： 为期望控制律， 为期望最优参数矢量；
[0045] 利用所设计的模糊滑模控制律，设计两条模糊规则确定最终的模糊滑模控制律，以减缓抖振影响：
[0046] 规则1：
[0047] 规则2：
[0048] 其中：ZO为S＝0,NZ为S≠0，输入S定义5个模糊集合负大NB、负小NS、零E、正小PS、正大PB。
[0049] 一种基于模糊变结构的柴油发动机电控调速方法的测试方法，根据所设计的等效控制力矩 和不连续控制项uN分别选取Lyapunov函数V，对函数V进行求导等到 证明了控制器能迫使系统进入滑动模式，并保证了闭环系统的稳定性；根据以下算式证明了所设计的滑模控制器保证了闭环系统的稳定性；对于模糊控制律
[0050]
[0051]
[0052]
[0053] 其中： γ是正的待定常数；
[0054] 对V求导得：
[0055]
[0056] 选择自适应律 又由于不连续控制uN与Sg(x)同号，所以：
[0057]
[0058] 对于不连续控制律uN：
[0059]
[0060]
[0061] 选取不连续控制律：
[0062]
[0063] 则 显然所设计的不连续控制律uN也确保了滑模控制系统的稳定性；
[0064] 本发明具有以下有益技术效果：本发明能够很大程度上提高柴油机电控调速系统在不确定干扰下对柴油机转速进行精确的控制，在启动、怠速、突增突减工况等各类不确定干扰背景下均有良好的效果，使其能满足柴油发动机在实际工作过程中达到良好的控制效果。
