[发明专利]基于端口受控哈密顿原理的耦合三容液位控制方法

说明书

本发明涉及一种基于端口受控哈密顿原理的耦合三容液位控制方法，属于电液位置伺服控制技术领域。本发明包括如下步骤：S1：三容液位系统模型的构建；S2：三容液位系统PCH模型的构建：根据S1给出的三容液位控制系统，得到三容液位控制系统的端口受控哈密顿模型；S3：三容液位控制原理的分析：包括如下小步：S31：参数确定且无扰动情况：因为所有参数都是精确，基于PCH方法，从而得到基本PCH控制器；S32：参数已知情况下L2‑增益扰动补偿控制；S33：参数未知情况下自适应L2增益扰动补偿控制；S4：三容液位系统的仿真。本发明可广泛运用于电液位置伺服控制场合。

技术领域

本发明涉及一种基于端口受控哈密顿原理的耦合三容液位控制方法，属于电液位置伺服控制技术领域。

背景技术

目前的现有技术主要有PID控制、模糊控制、反步控制、神经网络控制、预测控制、滑模变结构控制、反馈线性化、多模型控制、分数阶控制等。但是，现有技术具有以下缺陷：(1)计算复杂度大，控制器在线计算时间长；(2)控制器物理意义不明确；(3)鲁棒性和抗干扰性有待提高。

发明内容

针对现有技术存在的上述缺陷，本发明提出了一种基于端口受控哈密顿原理的耦合三容液位控制方法。

本发明所述的基于端口受控哈密顿原理的耦合三容液位控制方法，包括如下步骤：

S1：三容液位系统模型的构建：三容液位系统模型包括自上而下设置的罐1、罐2和罐3、储液罐，其中：罐1的液体通过阀mv1流入罐2，罐2和罐3的液体分别通过阀mv2和阀mv3流到储液罐；泵1通过手动阀mv4向罐1供液，通过阀mv6向罐3供液；泵2通过阀mv5向罐2供液，模型表示为：

式中：h_i(t)为t时刻罐i的液位高度；A_i为罐i的横截面面积，i＝1,2,3；a_j为手动阀mv_j的横截面面积，可手动调节，j＝1,2,3,4,5,6；g为重力加速度；q₁(t)和q₂(t)分别为通过泵1和泵2供液的流速；

系统的状态和输入分别定义为：

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)为t时刻系统的状态变量，即液罐的液位；T表示向量的转置；u(t)为t时刻系统的输入；

根据公式(1)和(2)，三容液位系统的数学模型表示为：

式中：u_j,j＝1,2表示由控制律产生的电控泵j的期望输出流量；

S2：三容液位系统PCH模型的构建：根据S1给出的三容液位控制系统，选择哈密顿函数H(x)为：

则：

式中：为哈密顿函数H(x)的偏导数向量；g(x)为端口连接矩阵；

式中：反对称矩阵J(x)为互联矩阵；半正定对称矩阵R(x)为阻尼矩阵；

得到三容液位控制系统的端口受控哈密顿模型；