[發(fā)明專利]壓氣機系統(tǒng)穩(wěn)定性自適應(yīng)控制系統(tǒng)及控制方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010004089.4
• 申請日: 2020-01-03
• 公開（公告）號: CN111120387B
• 公開（公告）日: 2020-11-13
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 孫大坤;董旭;孫曉峰
• 申請（專利權(quán)）人: 北京航空航天大學(xué)
• 主分類號: F04D27/00
• 分類號: F04D27/00
• 代理公司: 北京鼎承知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11551
• 代理人: 田恩濤;柯宏達

本公開提供了一種壓氣機系統(tǒng)穩(wěn)定性自適應(yīng)控制系統(tǒng)及控制方法。實現(xiàn)上述方法的控制系統(tǒng)包括：用于測量可測物理量的傳感器系統(tǒng)、用于預(yù)估和計算以得到系統(tǒng)狀態(tài)估計量的系統(tǒng)辨識器以及用于選擇對應(yīng)的控制律并調(diào)節(jié)與可測物理量不同的可調(diào)物理量以維持壓氣機系統(tǒng)穩(wěn)定性的激勵器。控制方法包括：利用傳感器系統(tǒng)測量可測物理量；利用系統(tǒng)辨識器獲得系統(tǒng)狀態(tài)估計量；利用激勵器調(diào)節(jié)可調(diào)物理量以維持壓氣機系統(tǒng)穩(wěn)定性。本公開將監(jiān)測對象和控制對象相分離，既能通過改變監(jiān)測對象而避免復(fù)雜的數(shù)據(jù)測量和分析過程，以實現(xiàn)快速精準的系統(tǒng)辨識，充分提前預(yù)測壓氣機系統(tǒng)的穩(wěn)定性狀態(tài)，又能簡單快速地通過參數(shù)可調(diào)的擴穩(wěn)技術(shù)對壓氣機系統(tǒng)的穩(wěn)定性進行優(yōu)化控制。

技術(shù)領(lǐng)域

本公開屬于航空發(fā)動機壓氣機穩(wěn)定性控制領(lǐng)域，涉及一種壓氣機系統(tǒng)穩(wěn)定性自適應(yīng)控制系統(tǒng)及控制方法。

背景技術(shù)

隨著人們對于壓氣機穩(wěn)定性問題的認識不斷加深，很多寄希望于通過改善失速堵塞或影響失速先兆來進行穩(wěn)定性控制的策略被不斷提出和發(fā)展。從控制方式的角度出發(fā)，這些壓氣機穩(wěn)定性控制方式大體可以分為兩類：主動控制和被動控制。

早期的被動控制往往都是通過改變壓氣機結(jié)構(gòu)(尤其是壁面結(jié)構(gòu))來人為地改善由于旋轉(zhuǎn)失速造成的葉片通道流動堵塞的現(xiàn)象，例如機匣處理、中間級放氣等。這些被動控制的最大特點就是針對性很弱，并且起作用的時刻往往都是壓氣機系統(tǒng)工作已經(jīng)失穩(wěn)的時刻。即便是這些控制手段起得了作用(讓壓氣機重新穩(wěn)定工作)，但是所出現(xiàn)的短暫的失穩(wěn)過程(甚至反復(fù)出現(xiàn)的穩(wěn)定-失穩(wěn)-穩(wěn)定的過程)對于壓氣機葉片和其他相關(guān)結(jié)構(gòu)也會產(chǎn)生極其不利的影響。

與被動控制不同，壓氣機穩(wěn)定性主動控制是隨著失速先兆波的發(fā)現(xiàn)而被提出并發(fā)展的一種穩(wěn)定性控制手段。

眾所周知，在失速發(fā)生前可以在轉(zhuǎn)子壁面周向布置壓力傳感器，以監(jiān)測動態(tài)壓力信號的周向模態(tài)。一種寬頻的短波長的脈沖形式的擾動被稱為“突尖波”形式的失速先兆。還有一種具有特征傳播頻率的長波長的正弦波形式的擾動被稱為“模態(tài)波”形式的失速先兆。

主動控制的主要思想即是通過控制失速先兆波向失速起始的演化，即能避免壓氣機進入旋轉(zhuǎn)失速。一般來說，這種控制方法可以被應(yīng)用在失速先兆類型為“模態(tài)波”形式的壓氣機的穩(wěn)定性控制上，采用的具體策略則是通過不同種類的激勵器產(chǎn)生與失速先兆波幅值相同相位相反的擾動，進而抵消失速先兆波。因其需要針對不同工況和壓氣機類型實時探測并分析失速先兆波，并產(chǎn)生可以與之對消的擾動，所以這種穩(wěn)定性控制方法被稱為主動控制方法。

但是，無論是被動控制還是主動控制，都是只局限在其固有的控制律，因此總是有不可避免的不足和不同程度的代價。

對被動控制來說，擴穩(wěn)機構(gòu)在壓氣機工作遠離失穩(wěn)邊界時總是會對壓氣機性能產(chǎn)生負面影響，并且其沒有針對性的控制策略往往無法實現(xiàn)理想的穩(wěn)定性控制。

對于主動控制來說，現(xiàn)有技術(shù)還只能在實驗室環(huán)境下對“模態(tài)波”形式的失速先兆進行對消，并且對失速先兆波的捕捉以及激勵器產(chǎn)生相應(yīng)的擾動都及其困難。另外，該控制理論并不包含對環(huán)境變化的觀測與考察，僅僅憑借已有的既定控制規(guī)律很難實現(xiàn)在多變環(huán)境下對被控對象進行合適的控制。

因此，亟需發(fā)展一種新的壓氣機穩(wěn)定性控制手段能兼顧主/被動控制的優(yōu)點，并且易于實現(xiàn)控制優(yōu)化。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決上述技術(shù)問題中的至少一個，本公開提供了壓氣機系統(tǒng)穩(wěn)定性自適應(yīng)控制系統(tǒng)及控制方法，其結(jié)合了失速先兆抑制型機匣處理和失速預(yù)警技術(shù)，用于對壓氣機系統(tǒng)的穩(wěn)定性進行自適應(yīng)控制，其采用如下技術(shù)方案或其組合：

[壓氣機系統(tǒng)穩(wěn)定性自適應(yīng)控制系統(tǒng)]

一種壓氣機系統(tǒng)穩(wěn)定性自適應(yīng)控制系統(tǒng)，其包括：傳感器系統(tǒng)、系統(tǒng)辨識器、激勵器。