非線性PID控制器在微型燃?xì)廨啓C(jī)中的應(yīng)用

王迪 趙轉(zhuǎn) 李星宇

摘 要

本文設(shè)計(jì)了一款適用于微型燃?xì)廨啓C(jī)的非線性PID控制器，并將非線性PID控制器和經(jīng)典PID控制器分別加入微型燃?xì)廨啓C(jī)模型中進(jìn)行仿真對(duì)比，仿真結(jié)果表明非線性PID控制器可使微型燃?xì)廨啓C(jī)有更好的穩(wěn)定性。

關(guān)鍵詞

微型燃?xì)廨啓C(jī);非線性PID控制器;穩(wěn)定性

中圖分類(lèi)號(hào)： TM311;TP273 ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457 . 2020 . 08 . 17

0 引言

微型燃?xì)廨啓C(jī)一般是指功率在幾百千瓦以內(nèi)的小型熱動(dòng)裝置。功率為數(shù)百千瓦及以下的燃?xì)廨啓C(jī)在20世紀(jì)40～60年代就已存在，但由于其發(fā)電效率低，長(zhǎng)期以來(lái)，幾十至幾百千瓦的小型發(fā)電機(jī)組市場(chǎng)一直由內(nèi)燃發(fā)電機(jī)組占領(lǐng)。隨著高效回?zé)崞饔绍娪棉D(zhuǎn)入民用，微型燃?xì)廨啓C(jī)的發(fā)電效率明顯提高。與常規(guī)發(fā)電機(jī)組相比，微型燃?xì)廨啓C(jī)具有可靠性高、壽命長(zhǎng)、環(huán)境污染小、燃料適應(yīng)性好和便于靈活控制等優(yōu)點(diǎn)，這些優(yōu)點(diǎn)使得微型燃?xì)廨啓C(jī)在熱電聯(lián)供、分散式供電和車(chē)輛混合動(dòng)力方面的應(yīng)用得到了迅猛發(fā)展。

該領(lǐng)域大多數(shù)學(xué)者把研究的重點(diǎn)放在微型燃?xì)廨啓C(jī)的模型建立上，對(duì)微型燃?xì)廨啓C(jī)的新型控制器的研究還較少，現(xiàn)將非線性PID控制器應(yīng)用于該領(lǐng)域，在穩(wěn)定性方面與經(jīng)典PID控制器做比較。

1 微型燃?xì)廨啓C(jī)模型

微型燃?xì)廨啓C(jī)的工作原理為：壓氣機(jī)輸出的高壓空氣進(jìn)入燃燒室與燃料混合，持續(xù)燃燒，產(chǎn)生高溫高壓的燃?xì)?輸出的高溫高壓燃?xì)膺M(jìn)入燃?xì)鉁u輪膨脹產(chǎn)生機(jī)械轉(zhuǎn)矩推動(dòng)渦輪轉(zhuǎn)動(dòng)，進(jìn)而帶動(dòng)壓氣機(jī)及發(fā)電機(jī)高速旋轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)了燃料的化學(xué)能向電能的轉(zhuǎn)化。微型燃?xì)廨啓C(jī)模型如圖1所示。

微型燃?xì)廨啓C(jī)的控制包含三方面：速度控制、溫度控制和燃料控制。

2 非線性PID控制器

3.2 仿真結(jié)果對(duì)比及分析

仿真時(shí)，在25s的時(shí)候?qū)⒇?fù)荷減小0.3（標(biāo)幺值），在45s的時(shí)候再將負(fù)荷升回1（標(biāo)幺值）。

由圖4和圖5的仿真結(jié)果可以看到，非線性PID控制器明顯提高了微型燃?xì)廨啓C(jī)的穩(wěn)定性。對(duì)于燃料流量和轉(zhuǎn)速，不論是在剛開(kāi)始的過(guò)渡過(guò)程，還是在負(fù)載發(fā)生變動(dòng)，然后恢復(fù)穩(wěn)定狀態(tài)的過(guò)程，都可明顯看到，在非線性PID控制器作用下系統(tǒng)的超調(diào)量較經(jīng)典PID控制器作用下的小，且過(guò)渡時(shí)間和恢復(fù)穩(wěn)定狀態(tài)的時(shí)間明顯地縮短，尤其是轉(zhuǎn)速能夠被較快控制在給定轉(zhuǎn)速。

4 結(jié)論

本文設(shè)計(jì)了一種適用于微型燃?xì)廨啓C(jī)控制的非線性PID控制器，并將其應(yīng)用在微型燃?xì)廨啓C(jī)模型上。仿真結(jié)果表明，非線性PID控制器能夠提高微型燃?xì)廨啓C(jī)的穩(wěn)定性，較經(jīng)典PID有更好的控制性能。

參考文獻(xiàn)

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