本發(fā)明屬于氫能流量計驅(qū)動控制，具體涉及一種基于分層終端滑模的氫能流量計有限時間收斂驅(qū)動控制方法。

背景技術：

1、氫能科里奧利流量計，即應用于氫能源領域的科里奧利質(zhì)量流量計(coriolismass?flowmeter)，是一種利用流體在振動管道中流動時產(chǎn)生的與質(zhì)量流量成正比的科里奧利力原理來直接測量流體質(zhì)量流量的裝置。它由流量檢測元件和轉(zhuǎn)換器組成，通過檢測流體在管道中流動時產(chǎn)生的相位差來測量其質(zhì)量流量。由于科里奧利流量計的原理是基于流體在管道中的動態(tài)行為，因此其測量精度較高，能夠滿足氫能領域?qū)_測量的需求。氫能科里奧利流量計適用于多種流體介質(zhì)，在氫能領域具有廣泛的應用前景。隨著氫能技術的不斷發(fā)展，氫能科里奧利流量計的應用也將得到進一步推廣和優(yōu)化。

2、流量計的驅(qū)動控制系統(tǒng)主要負責對流量計的運作進行精準的控制和調(diào)節(jié)。通過不斷調(diào)整驅(qū)動機構的參數(shù)，控制單元能夠使流量計的測量值逐漸接近設定值，從而實現(xiàn)對流量的精確調(diào)節(jié)。傳統(tǒng)的驅(qū)動系統(tǒng)采用pid控制器來控制。但這種pid控制方式調(diào)節(jié)時間長，且控制精度有限。對此，《科氏質(zhì)量流量計驅(qū)動系統(tǒng)模糊pi控制方法》(黃世震，歐陽峰，《太赫茲科學與電子信息學報》，2014年第12卷第1期)一文提出了一種模糊比例積分(pi)控制方法，其在兩相流狀態(tài)下取得了更快的響應速度和更穩(wěn)定的振動幅值。但是，其較快響應速度和較穩(wěn)定振動幅值的獲得主要是通過調(diào)節(jié)pi控制參數(shù)實現(xiàn)的，而控制參數(shù)的選擇嚴重依賴于專家經(jīng)驗，這可能導致控制參數(shù)選擇不合理，從而影響流量計的響應速度和控制精度。

技術實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于解決現(xiàn)有技術所存在的氫能科里奧利流量計的驅(qū)動控制系統(tǒng)采用pid控制方法時調(diào)節(jié)時間長且控制精度有限、以及采用模糊pi控制方法依賴于專家經(jīng)驗而影響響應速度和控制精度的問題，而提供了一種基于分層終端滑模的氫能流量計有限時間收斂驅(qū)動控制方法，其在氫能科里奧利流量計驅(qū)動控制系統(tǒng)中引入有限時間收斂的控制思想，能獲取更好的瞬態(tài)性能、更快的收斂速度和更高的控制精度。

2、為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所提供的技術解決方案是：

3、一種基于分層終端滑模的氫能流量計有限時間收斂驅(qū)動控制方法，包括以下步驟：

4、步驟1，建立氫能科里奧利質(zhì)量流量計的振動管的動力學模型；

5、步驟2，構建擴張狀態(tài)觀測器，用于在線估計流量計驅(qū)動控制系統(tǒng)的集總不確定，集總不確定包括驅(qū)動控制系統(tǒng)的不確定性和外部干擾；

6、步驟3，設計分層終端滑?？刂破?，以確定步驟1建立的動力學模型中的由流量計中驅(qū)動器的驅(qū)動線圈產(chǎn)生的靜電驅(qū)動力，并將步驟2得到的集總不確定前饋至所確定的靜電驅(qū)動力中，實現(xiàn)驅(qū)動控制系統(tǒng)的跟蹤誤差在有限時間內(nèi)收斂，其中在終端滑模面中引入積分項，以削弱滑?？刂频亩墩瘛?/p>

7、進一步地，步驟1包括：

8、步驟1.1，建立流量計振動管的動力學模型如下：

9、

10、式中，和x分別為流量計振動管的振動加速度、振動速度和振動位移，m為振動管的質(zhì)量，c和k分別為振動管的阻尼系數(shù)和剛度系數(shù)，d(t)為振動管接收到的振動，f為由驅(qū)動線圈產(chǎn)生的靜電驅(qū)動力；

11、步驟1.2，令c＝c0+δc和k＝k0+δk，其中c0和k0分別為振動管阻尼系數(shù)和剛度系數(shù)中已知的常值部分，δc和δk為未知不確定參數(shù)，將動力學模型表述為：

12、

13、式中，表示系統(tǒng)不確定性，集總不確定為

14、進一步地，步驟2包括：

15、步驟2.1，將動力學模型寫為擴張狀態(tài)方程：

16、

17、式中，z1＝x，h為集總不確定φ的導數(shù)；

18、步驟2.2，設計擴張狀態(tài)觀測器，得到集總不確定φ的估計

19、

20、式中，為zi的估計，αi為觀測器增益，αi＞0，i＝1,2,3。

21、進一步地，步驟3包括：

22、步驟3.1，定義驅(qū)動控制系統(tǒng)的跟蹤誤差e：

23、e＝x-xr

24、式中，xr為振動管振動位移的參考軌跡，ar為參考軌跡的振幅，為參考軌跡的頻率；

25、步驟3.2，定義分層終端滑模面：

26、

27、

28、式中，和為設定常數(shù)，sign(·)為符號函數(shù)；和為自適應滑模參數(shù)，其自適應更新律為：

29、

30、式中，和為設定常數(shù)，proj(·)為光滑參數(shù)投影函數(shù)：

31、

32、式中，ξ'為proj(·)函數(shù)的輸入，為proj(·)函數(shù)的輸出；

33、步驟3.3，確定流量計驅(qū)動控制器：

34、

35、式中，κ1、κ2和υ為設定常數(shù)，且κ1＞0，κ2＞0，0＜υ＜1。

36、本發(fā)明的優(yōu)點是：

37、1、本發(fā)明的基于分層終端滑模的氫能流量計有限時間收斂驅(qū)動控制方法，對氫能流量計的振動管建立了動力學模型，構建了擴張狀態(tài)觀測器來在線估計流量計驅(qū)動控制系統(tǒng)的集總不確定，將集總不確定前饋至通過分層終端滑?？刂破鞔_定的模型中的靜電驅(qū)動力，實現(xiàn)了流量計驅(qū)動控制系統(tǒng)的跟蹤誤差在有限時間內(nèi)的收斂控制。因此，本發(fā)明通過設計分層終端滑?？刂破?，能獲得更好的瞬態(tài)性能和更快的收斂速度，同時考慮了系統(tǒng)的各種不確定性和擾動的影響，能獲得更好的控制精度。

38、2、本發(fā)明設計的分層終端滑?？刂破骶哂蟹瞧娈愄匦?，且積分項的引入能夠有效減少終端滑?？刂频亩墩瘳F(xiàn)象，能進一步提高控制精度。

技術特征：

1.一種基于分層終端滑模的氫能流量計有限時間收斂驅(qū)動控制方法，其特征在于，包括以下步驟：

2.根據(jù)權利要求1所述的基于分層終端滑模的氫能流量計有限時間收斂驅(qū)動控制方法，其特征在于，所述步驟1包括：

3.根據(jù)權利要求2所述的基于分層終端滑模的氫能流量計有限時間收斂驅(qū)動控制方法，其特征在于，所述步驟2包括：

4.根據(jù)權利要求3所述的基于分層終端滑模的氫能流量計有限時間收斂驅(qū)動控制方法，其特征在于，所述步驟3包括：

技術總結
本發(fā)明提供了一種基于分層終端滑模的氫能流量計有限時間收斂驅(qū)動控制方法，包括：建立流量計振動管的動力學模型；構建擴張狀態(tài)觀測器，用于在線估計流量計驅(qū)動控制系統(tǒng)的集總不確定，集總不確定包括驅(qū)動控制系統(tǒng)的不確定性和外部干擾；設計分層終端滑?？刂破?，以確定所建立動力學模型中的由流量計中驅(qū)動器的驅(qū)動線圈產(chǎn)生的靜電驅(qū)動力，并將所得到的集總不確定前饋至所確定的靜電驅(qū)動力中，實現(xiàn)驅(qū)動控制系統(tǒng)的跟蹤誤差在有限時間內(nèi)收斂，其中在終端滑模面中引入積分項，以削弱滑模控制的抖振。本發(fā)明通過設計分層終端滑模控制器，能獲得更好的瞬態(tài)性能和更快的收斂速度，同時考慮了系統(tǒng)的各種不確定性和擾動的影響，能獲得更好的控制精度。

技術研發(fā)人員：李小瑞,張睿,韓晨超,張鵬
受保護的技術使用者：西安鼎正測控科技有限公司
技術研發(fā)日：
技術公布日：2024/12/5