徐亦卿,陸海澎

(常州工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院, 江蘇 常州 213164)

0 引言

在發(fā)動(dòng)機(jī)雙閉環(huán)控制回路中，內(nèi)環(huán)體系內(nèi)的所有電壓數(shù)值均相等，而當(dāng)內(nèi)環(huán)電壓出現(xiàn)突然的升高或降低時(shí)，與之對應(yīng)的外環(huán)體系就會(huì)表現(xiàn)出一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)電壓差，這也是導(dǎo)致電信號驅(qū)動(dòng)行為難以保持完全統(tǒng)一狀態(tài)的主要原因。在實(shí)際應(yīng)用過程中，外環(huán)體系的存在就相當(dāng)于一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)參照物，只能對內(nèi)環(huán)電信號表現(xiàn)行為提供一定的反饋，并不能對其具體數(shù)值水平進(jìn)行標(biāo)注與修改[1-3]。擴(kuò)張狀態(tài)觀測器是一種特殊的自抗擾控制器元件，可以根據(jù)系統(tǒng)外部輸入變量與輸出變量的實(shí)測值結(jié)果，判斷系統(tǒng)主機(jī)所具備的動(dòng)態(tài)運(yùn)行能力，也叫狀態(tài)重構(gòu)器設(shè)備。簡單來說，這種觀測器元件的應(yīng)用實(shí)質(zhì)就是一個(gè)符合系統(tǒng)執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)的模型結(jié)構(gòu)，且由于連接能力的可協(xié)調(diào)性，所有狀態(tài)變量都是由管控主機(jī)直接輸出的。大多數(shù)擴(kuò)張狀態(tài)觀測器都采取閉環(huán)連接的運(yùn)行方式，不但能夠克服開環(huán)狀態(tài)觀測器的各項(xiàng)應(yīng)用弊端，也可以將主機(jī)元件完全解放出來，使其在維持系統(tǒng)動(dòng)力供應(yīng)條件的同時(shí)，具備獨(dú)立處理干擾性問題的能力。通常情況下，正是由于擴(kuò)張狀態(tài)觀測器的存在，各類復(fù)雜待控對象才能按需接入動(dòng)力系統(tǒng)的既定模塊單元之中，不但解決了控制對象過于依賴動(dòng)力主機(jī)的問題，也將閉環(huán)網(wǎng)絡(luò)完全解放出來，使其能夠自發(fā)處理輸入變量與輸出變量之間的動(dòng)力限制問題。

為對發(fā)動(dòng)機(jī)元件的轉(zhuǎn)速水平進(jìn)行控制，傳統(tǒng)非諧波傅里葉變換測量系統(tǒng)以PIC18F4525單片機(jī)元件作為核心控制器，在彈簧電磁驅(qū)動(dòng)氣門結(jié)構(gòu)等多個(gè)執(zhí)行器設(shè)備的作用下，判斷當(dāng)前時(shí)刻進(jìn)氣壓力對發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速水平的影響強(qiáng)度，再根據(jù)傅里葉原則，對所得計(jì)算值結(jié)果進(jìn)行判斷與處理[4]。然而隨著進(jìn)氣壓力水平的改變，該系統(tǒng)對于發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)備實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)速水平的控制與約束能力并不能完全達(dá)到實(shí)際應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)。

為解決上述問題，應(yīng)用擴(kuò)張狀態(tài)觀測器設(shè)計(jì)了一種新型的發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速雙閉環(huán)自適應(yīng)控制系統(tǒng)。硬件執(zhí)行環(huán)境由雙閉環(huán)集成電路、發(fā)動(dòng)機(jī)控制器、自適應(yīng)傳感器、隔離驅(qū)動(dòng)芯片、觀測器驅(qū)動(dòng)管五部分組成，雙閉環(huán)集成電路由動(dòng)力源分路、集成分路、觀測信號放大分路三部分組成，能夠?qū)l(fā)動(dòng)機(jī)的速度等級維持在一個(gè)比較穩(wěn)定的數(shù)值狀態(tài)，使得發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速水平長時(shí)間保持相對穩(wěn)定的數(shù)值狀態(tài)，將外部壓力對發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)能力的影響降到最低。軟件部分以擴(kuò)展?fàn)顟B(tài)觀測器內(nèi)部的微分跟蹤器為出發(fā)點(diǎn)，選擇了關(guān)鍵ESO參數(shù)，利用干擾補(bǔ)償矢量，對擴(kuò)展?fàn)顟B(tài)觀測器進(jìn)行頻域參數(shù)配置，結(jié)合硬件實(shí)現(xiàn)基于擴(kuò)展?fàn)顟B(tài)觀測器的雙閉環(huán)自適應(yīng)調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)。

1 自適應(yīng)控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速雙閉環(huán)自適應(yīng)控制系統(tǒng)的硬件執(zhí)行環(huán)境由雙閉環(huán)集成電路、發(fā)動(dòng)機(jī)控制器、自適應(yīng)傳感器、隔離驅(qū)動(dòng)芯片、觀測器驅(qū)動(dòng)管五部分共同組成，自適應(yīng)控制系統(tǒng)硬件整體結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。

圖1 自適應(yīng)控制系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)

具體設(shè)計(jì)方法如下。

1.1 雙閉環(huán)集成電路

發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速自適應(yīng)控制系統(tǒng)的雙閉環(huán)集成電路由動(dòng)力源分路、集成分路、觀測信號放大分路三部分共同組成。其中，動(dòng)力源分路與外部接入電源直接相連，可在為發(fā)動(dòng)機(jī)元件提供輸入動(dòng)力支持的同時(shí)，更改調(diào)控電阻已接入部分的阻值水平，且由于UPE主板元件的存在，電動(dòng)機(jī)元件能夠準(zhǔn)確記錄發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)速的實(shí)時(shí)數(shù)值水平，一方面可以調(diào)節(jié)設(shè)備結(jié)構(gòu)與外部氣動(dòng)壓力之間的適配關(guān)系，另一方面也可做到對輸入電量的最大化節(jié)約。集成分路中包含多個(gè)調(diào)控電阻，在實(shí)際應(yīng)用過程中，這些設(shè)備結(jié)構(gòu)元件始終保持串行連接關(guān)系[5-6]。與其他接入子回路不同，集成分路負(fù)責(zé)監(jiān)控雙閉環(huán)集成電路的主控應(yīng)用結(jié)構(gòu)，需要在準(zhǔn)確顯示傳輸電流數(shù)值的同時(shí)，調(diào)節(jié)氣動(dòng)電壓對UPE主板的作用強(qiáng)度，從而使得發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速水平長時(shí)間保持相對穩(wěn)定的數(shù)值狀態(tài)。觀測信號放大分路以電信號放大器作為核心應(yīng)用元件，能夠借助變阻器設(shè)備，緩解TG主機(jī)所面臨的電量負(fù)載壓力，從而最大化減輕外部壓力對發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)能力的影響。雙閉環(huán)集成電路結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。

圖2 雙閉環(huán)集成電路結(jié)構(gòu)圖

為使雙閉環(huán)集成電路的運(yùn)行能力保持穩(wěn)定，所有接入電阻的阻值水平都可以在500～750 Ω之間來回變化。

1.2 發(fā)動(dòng)機(jī)控制器

發(fā)動(dòng)機(jī)控制器是整個(gè)自適應(yīng)控制系統(tǒng)的核心器件，連接雙閉環(huán)集成電路與下級傳感器設(shè)備，是以擴(kuò)張狀態(tài)觀測器為邏輯中心的應(yīng)用型調(diào)試結(jié)構(gòu)[7]。本文采用發(fā)動(dòng)機(jī)控制器型號為DSE7320，其基準(zhǔn)電壓為5.0 V，最佳點(diǎn)火提前角在上止點(diǎn)前10度左右，包含AMF+ATS+通訊+擴(kuò)展+PLC邏輯功能。整個(gè)控制器結(jié)構(gòu)中包含多個(gè)連接引腳，其具體連接及作用能力如下。

1)RAO引腳：與發(fā)動(dòng)機(jī)振蕩器結(jié)構(gòu)相連，可通過調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速頻率的方式，更改雙閉環(huán)集成電路內(nèi)的電信號傳輸流量，從而使得發(fā)動(dòng)機(jī)元件所承擔(dān)的傳輸電壓與電流長期保持穩(wěn)定狀態(tài)；

2)RE3與REF引腳：分別與自適應(yīng)傳感器和觀測器驅(qū)動(dòng)管結(jié)構(gòu)相連，能夠記錄隔離驅(qū)動(dòng)芯片內(nèi)的壓力作用情況，并將這些信息數(shù)據(jù)反饋至自適應(yīng)控制主機(jī)中；

3)IN與OUT引腳：IN引腳負(fù)責(zé)接入雙閉環(huán)集成電路中的傳輸電量，OUT引腳負(fù)責(zé)將這些電量再次分配至下級連接元件；

4)VSS與VDD引腳：VSS引腳具備較強(qiáng)的外設(shè)信號控制能力，可記錄氣動(dòng)壓力的實(shí)時(shí)作用水平，VDD引腳只能感知發(fā)動(dòng)機(jī)控制器內(nèi)的動(dòng)力負(fù)載情況，在實(shí)際作用過程中，始終與VSS引腳保持定向連接關(guān)系[8]；

5)RC1、RC2、RC3、RC4引腳：這些引腳只能保持同步接入關(guān)系，也只有在擴(kuò)張狀態(tài)觀測器連入發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)備的情況下，才能開啟既定連接行為；

6)PGD、PGM、PGO引腳：負(fù)責(zé)記錄擴(kuò)張狀態(tài)觀測器的執(zhí)行狀態(tài)，并可根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)的實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)速水平，向自適應(yīng)控制主機(jī)反饋關(guān)鍵的數(shù)據(jù)信息參量。

在發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速自適應(yīng)控制系統(tǒng)中，控制器設(shè)備始終受到雙閉環(huán)集成電路直屬調(diào)度，這也是系統(tǒng)內(nèi)傳輸電子量能夠得到較好節(jié)約的主要原因。

1.3 自適應(yīng)傳感器

自適應(yīng)傳感器以SPI單片機(jī)作為核心搭建元件，可聯(lián)合擴(kuò)張狀態(tài)觀測器，對發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)備的實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)速水平進(jìn)行調(diào)節(jié)，由于PIC18F結(jié)構(gòu)的存在，底層信號控制單元始終保持較強(qiáng)的感應(yīng)靈活性，既能較好跟蹤驅(qū)動(dòng)芯片內(nèi)電量信號的傳輸與消耗行為，也可以將已生成的感應(yīng)電流暫存于放大器元件之中，為后續(xù)雙閉環(huán)回路的形成提供電量支持[9-10]。通常情況下，自適應(yīng)傳感器總是與發(fā)動(dòng)機(jī)控制器保持相同的連接行為，對于傳輸電子的促進(jìn)性作用能力也完全相同。在雙閉環(huán)集成電路的作用下，SPI單片機(jī)首先將轉(zhuǎn)速控制信號傳輸至附屬單片機(jī)結(jié)構(gòu)中，當(dāng)PIC18F結(jié)構(gòu)感知到控制主機(jī)的調(diào)度需求后，附屬單片機(jī)同時(shí)釋放所有已存儲(chǔ)的控制信號參量，從而使得傳感器內(nèi)部的電信號保持絕對穩(wěn)定的存在狀態(tài)，為隔離驅(qū)動(dòng)芯片的接入提供保障[11-12]。自適應(yīng)傳感器示意圖如圖3所示。

圖3 自適應(yīng)傳感器示意圖

分析圖3所示的自適應(yīng)傳感器結(jié)構(gòu)可知，主傳感器元件只能對底層信號控制單元傳輸調(diào)節(jié)信號，而對于發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)發(fā)出的運(yùn)行指令則不能進(jìn)行任何的加工與處理。

1.4 隔離驅(qū)動(dòng)芯片

在發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速雙閉環(huán)自適應(yīng)控制系統(tǒng)中，隔離驅(qū)動(dòng)芯片負(fù)責(zé)將擴(kuò)張狀態(tài)觀測器與控制器、傳感器元件分離開來，使得雙閉環(huán)集成電路能夠?qū)ζ溥M(jìn)行分別供電，從而最大化保證發(fā)動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)空間的獨(dú)立性與完整性。作為隔離驅(qū)動(dòng)芯片的核心應(yīng)用結(jié)構(gòu)，MC33152板件同時(shí)調(diào)配壓力感知主板、轉(zhuǎn)速感知主板與壓感電阻，從功能性角度來看，該結(jié)構(gòu)的運(yùn)行能力直接決定了發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)備的實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)速水平，屬于一種可控性連接元件[13]。壓感電阻接入部分的阻值水平?jīng)Q定了隔離驅(qū)動(dòng)芯片的作用能力，通常情況下，隨著發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速水平的改變，電阻元件的接入電阻數(shù)值也會(huì)發(fā)生變化，單體上滿足前者轉(zhuǎn)速越快、后者阻值越大的規(guī)律。適配調(diào)試主板的連接等級較高，可更改壓力感知主板與轉(zhuǎn)速感知主板間的限制約束能力，但在實(shí)際應(yīng)用過程中，其具體作用能力也是由驅(qū)動(dòng)芯片內(nèi)的MC33152板件決定的。

在實(shí)際應(yīng)用過程中，隔離驅(qū)動(dòng)芯片對于發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的控制能力越強(qiáng)，MC33152板件對于傳輸電量信號的單位調(diào)度頻率也就越快。

1.5 觀測器驅(qū)動(dòng)管

觀測器驅(qū)動(dòng)管負(fù)責(zé)對隔離驅(qū)動(dòng)芯片進(jìn)行調(diào)試，作為擴(kuò)張狀態(tài)觀測器的下級附屬結(jié)構(gòu)，可管控發(fā)動(dòng)機(jī)的實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)速水平，從而實(shí)現(xiàn)對雙閉環(huán)控制回路的按需協(xié)調(diào)[14]。主彈簧集中分布在主氣門結(jié)構(gòu)上部，負(fù)責(zé)對銜接鐵棒的連接緊密度進(jìn)行調(diào)試，一方面能夠避免發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)速度過快的情況出現(xiàn)，另一方面也可將主氣門結(jié)構(gòu)固定在既定連接位置處。主氣門外同時(shí)套接兩個(gè)鐵芯與兩個(gè)線圈，在發(fā)動(dòng)機(jī)保持轉(zhuǎn)動(dòng)狀態(tài)的情況下，由于兩者之間存在一定的轉(zhuǎn)速差，所以銜接鐵棒的連接位置總是來回變動(dòng)，這也是擴(kuò)張狀態(tài)觀測器作用能力并不能保持完全穩(wěn)定狀態(tài)的主要原因[15]。具體結(jié)構(gòu)如圖4所示。

圖4 觀測器驅(qū)動(dòng)管示意圖

固定彈簧存在于主彈簧下部，僅負(fù)責(zé)調(diào)節(jié)氣門結(jié)構(gòu)的連接緊密程度，不對發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速起到直接影響。

2 擴(kuò)張狀態(tài)觀測器的頻域參數(shù)配置

2.1 擴(kuò)張狀態(tài)觀測器結(jié)構(gòu)分析

擴(kuò)張狀態(tài)觀測器主控元件放置于底部支撐框架之上，在傳輸通路保持非閉合狀態(tài)的情況下，擴(kuò)張片元件的橫截面積持續(xù)增大，直至觀測器結(jié)構(gòu)可以顯示出主控元件所捕獲到的所有發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)影像。在實(shí)際觀測過程中，邊框結(jié)構(gòu)始終保持絕對穩(wěn)定的連接狀態(tài)，隨著擴(kuò)張片結(jié)構(gòu)的不斷運(yùn)動(dòng)，傳輸通路的存在狀態(tài)也在不斷改變，此時(shí)為使觀測器的連接行為趨于穩(wěn)定，應(yīng)控制結(jié)構(gòu)體在豎直方向上的運(yùn)動(dòng)幅度，一方面使得擴(kuò)張狀態(tài)觀測器能夠準(zhǔn)確監(jiān)視發(fā)動(dòng)機(jī)的實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)速水平，另一方面也可以輔助雙閉環(huán)集成電路對自適應(yīng)電感信號進(jìn)行按需捕獲與處理[16]。一般情況下，擴(kuò)張狀態(tài)觀測器底部支架及外部邊框所處位置不會(huì)隨發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的改變而發(fā)生變化。

2.2 微分跟蹤器

微分跟蹤器能夠監(jiān)管擴(kuò)張狀態(tài)觀測器的連接行為，能夠根據(jù)自適應(yīng)前饋模型，分析當(dāng)前情況下發(fā)動(dòng)機(jī)元件的實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)速水平，并可將已獲取信息反饋至發(fā)動(dòng)機(jī)控制器結(jié)構(gòu)中，以便于系統(tǒng)雙閉環(huán)集成電路的直接調(diào)取與利用[17]。

設(shè)w0表示自適應(yīng)電控信號的原始輸出參量，χ表示發(fā)動(dòng)機(jī)元件的轉(zhuǎn)速參量，ΔT表示單位轉(zhuǎn)動(dòng)周期，聯(lián)立上述物理量，可將微分跟蹤器對于擴(kuò)張狀態(tài)觀測器的約束性行為標(biāo)準(zhǔn)表示為：

(1)

根據(jù)微分跟蹤器約束原則，核心控制主機(jī)可確定擴(kuò)張狀態(tài)觀測器的實(shí)時(shí)行為狀態(tài)，并可以此為基礎(chǔ)，完成對發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速水平的按需調(diào)節(jié)。

2.3 ESO參數(shù)選取

在發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速雙閉環(huán)自適應(yīng)控制系統(tǒng)中，ESO參數(shù)能夠決定擴(kuò)張狀態(tài)觀測器中電感信號的最大輸出量，若默認(rèn)自適應(yīng)傳輸行為的存在，則可認(rèn)為ESO參數(shù)取值結(jié)果越大，擴(kuò)張狀態(tài)觀測器中電感信號的單位輸出量越大[18-19]。在選取控制指標(biāo)時(shí)，ESO參數(shù)的取值受到雙閉環(huán)集成電路波動(dòng)系數(shù)、觀測信號數(shù)值標(biāo)量兩項(xiàng)物理指標(biāo)的直接影響。對于發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速雙閉環(huán)自適應(yīng)控制系統(tǒng)而言，集成電路波動(dòng)系數(shù)可表示為ξ，作為一項(xiàng)矢量指標(biāo)，該參量的數(shù)值水平不會(huì)隨著系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)間的延長而出現(xiàn)變化。觀測信號數(shù)值標(biāo)量可表示為α，在考慮微分跟蹤器約束原則的前提下，該項(xiàng)指標(biāo)的取值結(jié)果始終處于(1,e)的物理區(qū)間之內(nèi)。在上述物理量的支持下，聯(lián)立公式(1)，可將ESO參數(shù)選取條件定義為：

(2)

2.4 擾動(dòng)補(bǔ)償向量

(3)

在發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速雙閉環(huán)自適應(yīng)控制系統(tǒng)中，擾動(dòng)補(bǔ)償向量計(jì)算值越大，表示擴(kuò)張狀態(tài)觀測器當(dāng)前所處工作狀態(tài)越穩(wěn)定，因此為實(shí)現(xiàn)對發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的準(zhǔn)確監(jiān)控，應(yīng)盡可能避免ESO參數(shù)取值結(jié)果對擾動(dòng)補(bǔ)償向量的影響，使其計(jì)算實(shí)值不斷趨近理想化最大值。

3 實(shí)例分析

以圖5所示發(fā)動(dòng)機(jī)元件作為實(shí)驗(yàn)對象，同時(shí)打開進(jìn)氣口、進(jìn)氣門與排氣口，使發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)備進(jìn)入正常工作狀態(tài)，在確保鏈條進(jìn)入勻速轉(zhuǎn)動(dòng)狀態(tài)后，將曲軸與測速裝置相連，不斷調(diào)節(jié)火花塞的打火頻率，使得發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速與外接飛輪轉(zhuǎn)速保持一致。

圖5 實(shí)驗(yàn)用發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)備

在實(shí)驗(yàn)過程中，由于火花塞存在打火行為，所以直接計(jì)數(shù)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速存在一定的危險(xiǎn)性，而外接飛輪轉(zhuǎn)速始終與發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速相等，故而可用前者代替后者。

首先，應(yīng)用基于擴(kuò)張狀態(tài)觀測器的作用程序?qū)τ?jì)數(shù)器裝置進(jìn)行控制，將所得轉(zhuǎn)速值作為實(shí)驗(yàn)組變量；其次，應(yīng)用基于非諧波傅里葉變換的作用程序?qū)τ?jì)數(shù)器裝置進(jìn)行控制，將所得轉(zhuǎn)速值作為對照組變量；然后，控制進(jìn)氣口打開程度，人為制造不同的氣動(dòng)壓力環(huán)境；最后，分析實(shí)驗(yàn)組、對照組發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速在不同壓力環(huán)境下的數(shù)值水平，將其與理想數(shù)值對比。實(shí)驗(yàn)隨機(jī)參數(shù)為0.5 MPa、0.8 MPa、1.3 MPa三種不同的壓力環(huán)境，3、6、9、12、15、18 s的取樣時(shí)間，實(shí)驗(yàn)中所用參數(shù)為飛輪轉(zhuǎn)速及氣動(dòng)壓力取值。

圖6記錄了外接飛輪轉(zhuǎn)速在3種不同壓力環(huán)境下的具體數(shù)值情況。

圖6 外接飛輪轉(zhuǎn)速的理想數(shù)值

分析圖6可知，在0.5 MPa的壓力環(huán)境，外接飛輪轉(zhuǎn)速始終保持絕對穩(wěn)定的數(shù)值存在狀態(tài)，外接飛輪轉(zhuǎn)速理想數(shù)值為1000 r/min，；在0.8 MPa的壓力環(huán)境，外接飛輪轉(zhuǎn)速理想數(shù)值為750 r/min，能保持絕對穩(wěn)定的數(shù)值存在狀態(tài)，但相較于0.5 MPa的壓力環(huán)境，其均值水平下降了250 r/min；在1.3 MPa的壓力環(huán)境，外接飛輪轉(zhuǎn)速理想數(shù)值呈現(xiàn)出先上升、再下降、最后趨于穩(wěn)定的數(shù)值變化趨勢，其最大取值結(jié)果達(dá)到700 r/min，最小為500 r/min，與0.8 MPa壓力環(huán)境下的平均值相比，下降了50 r/min，除“0”取樣節(jié)點(diǎn)外，其全局最小值為553 r/min，與其全局最大值相比，下降了147 r/min。

表1記錄了實(shí)驗(yàn)組、對照組外接飛輪轉(zhuǎn)速在0.5 MPa、0.8 MPa、1.3 MPa三種不同壓力環(huán)境下的數(shù)值變化情況。

表1 外接飛輪轉(zhuǎn)速的實(shí)驗(yàn)數(shù)值

分析實(shí)驗(yàn)組飛輪轉(zhuǎn)速水平可知，在0.5 MPa的壓力環(huán)境，除第3 s的取樣節(jié)點(diǎn)外，外接飛輪轉(zhuǎn)速始終保持相對穩(wěn)定的數(shù)值變化狀態(tài)，其最大值與理想均值相比，下降了12 r/min；在0.8 MPa的壓力環(huán)境，外接飛輪轉(zhuǎn)速數(shù)值經(jīng)過短時(shí)間的波動(dòng)狀態(tài)后，開始趨于完全穩(wěn)定的形式，其穩(wěn)定數(shù)值與理想均值相比，下降了8 r/min；在1.3 MPa的壓力環(huán)境，外接飛輪轉(zhuǎn)速的變化形式也與理想轉(zhuǎn)速值變化趨勢保持一致，其最大值結(jié)果始終沒有超過理想轉(zhuǎn)速的最大值。

分析對照組飛輪轉(zhuǎn)速水平可知，在0.5 MPa的壓力環(huán)境，外接飛輪轉(zhuǎn)速值呈現(xiàn)先上升、再下降的變化趨勢，且其最大值達(dá)到了1 126 r/min，超過了理想轉(zhuǎn)速值；在0.8 MPa的壓力環(huán)境，外接飛輪轉(zhuǎn)速呈現(xiàn)持續(xù)上升的變化形式，至實(shí)驗(yàn)結(jié)束，其最大值達(dá)到了796 r/min，也超過了理想轉(zhuǎn)速值；在1.3 MPa的壓力環(huán)境，外接飛輪轉(zhuǎn)速值經(jīng)過持續(xù)上升狀態(tài)后，開始大幅下降，其最大值達(dá)到了800 r/min，超過了理想轉(zhuǎn)速值。

綜上可知：

1)應(yīng)用實(shí)驗(yàn)組系統(tǒng)，外接飛輪轉(zhuǎn)速在3種不同壓力環(huán)境下的數(shù)值水平始終低于理想轉(zhuǎn)速值，且其數(shù)值變化趨勢始終與理想轉(zhuǎn)速曲線一致；

2)應(yīng)用對照組系統(tǒng)，外接飛輪轉(zhuǎn)速在3種不同壓力環(huán)境下的數(shù)值水平均不能與理想轉(zhuǎn)速曲線保持一致，且其數(shù)值變化規(guī)律極不穩(wěn)定；

3)實(shí)驗(yàn)組系統(tǒng)能夠較好控制外接飛輪轉(zhuǎn)速，使其在不同壓力水平下均呈現(xiàn)出理想化的工作狀態(tài)，即應(yīng)用基于擴(kuò)張狀態(tài)觀測器的雙閉環(huán)自適應(yīng)控制系統(tǒng)，更有利于調(diào)節(jié)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速水平，使其長時(shí)間保持相對穩(wěn)定的工作狀態(tài)。

4 結(jié)束語

在擴(kuò)張狀態(tài)觀測器的作用下，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)從雙閉環(huán)集成電路入手，構(gòu)造完整的硬件應(yīng)用環(huán)境，借助發(fā)動(dòng)機(jī)控制器、自適應(yīng)傳感器等設(shè)備結(jié)構(gòu)，在選取ESO參數(shù)的同時(shí)，對擾動(dòng)補(bǔ)償向量指標(biāo)進(jìn)行準(zhǔn)確計(jì)算。與非諧波傅里葉變換測量系統(tǒng)相比，擴(kuò)張狀態(tài)觀測器作用下的控制系統(tǒng)，能夠保證發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速始終維持在合理的低水平狀態(tài)，對于促進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)元件的穩(wěn)定工作，具有較強(qiáng)的促進(jìn)性影響作用。