[發明專利]基于性能退化的輸入受限航空發動機增益調度控制器

在審

• 申請號: 202010261757.1
• 申請日: 2020-04-04
• 公開（公告）號: CN111443596A
• 公開（公告）日: 2020-07-24
• 發明（設計）人: 孫瑞謙;緱林峰;劉志丹;孫楚佳;蔣宗霆
• 申請（專利權）人: 西北工業大學
• 主分類號: G05B11/42
• 分類號: G05B11/42
• 代理公司: 西北工業大學專利中心 61204
• 代理人: 陳星

1.一種基于性能退化的輸入受限航空發動機增益調度控制器，其特征在于：包括PID控制器組解算模塊、輸入限制模塊和退化參數估計回路；

其中PID控制器組解算模塊、輸入限制模塊、退化參數估計回路與航空發動機本體以及航空發動機上的若干傳感器組成退化參數調度控制回路；

所述PID控制器組解算模塊產生控制向量v并輸出給輸入限制模塊，輸入限制模塊產生限制后的控制輸入向量u并輸出給航空發動機本體，傳感器得到航空發動機測量參數y；控制輸入向量u以及測量參數y共同輸入到退化參數估計回路，退化參數估計回路解算得到航空發動機的退化參數h，并輸出到PID控制器組解算模塊；

PID控制器組解算模塊、輸入限制模塊與航空發動機本體以及航空發動機上的若干傳感器還組成調度參數調度控制回路；由傳感器輸出調度參數α至PID控制器組解算模塊；

所述輸入限制模塊限制了控制輸入向量的幅值，避免給發動機過大的控制輸入導致發動機損壞；

所述PID控制器組解算模塊內設計有若干PID控制器，所述PID控制器是利用若干線性化模型而分別設計得到的，所述線性化模型是對航空發動機不同設定工作點下的、包含退化參數的航空發動機非線性模型進行線性化后得到的；

所述PID控制器組解算模塊根據輸入的退化參數h以及調度參數α，利用內部設計的若干PID控制器計算得到適應的PID控制器，該PID控制器根據參考輸入r和測量參數y的差值e產生控制向量v。

2.根據權利要求1所述一種基于性能退化的輸入受限航空發動機增益調度控制器，其特征在于：所述PID控制器組解算模塊內設計若干PID控制器的過程為：分別在發動機正常狀態h₁和設定退化程度h_base處，在全飛行包線內根據調度參數α選取n個工作點對包含退化參數的發動機非線性模型進行線性化得到2n個線性化模型，并對這2n個線性化模型分別設計相應的PID控制器從而組成PID控制器組。

3.根據權利要求1所述一種基于性能退化的輸入受限航空發動機增益調度控制器，其特征在于：所述退化參數估計回路中包括非線性機載發動機模型和分段線性化卡爾曼濾波器；

所述非線性機載發動機模型為帶退化參數的發動機非線性模型：

y＝g(x,u,h)

其中為控制輸入向量，為狀態向量，為輸出向量，為退化參數向量，f(·)為表示系統動態的n維可微非線性向量函數，g(·)為產生系統輸出的m維可微非線性向量函數；非線性機載發動機模型輸入為控制輸入向量u以及上一周期的退化參數h，其輸出的健康穩態參考值(x_aug,NOBEM,y_NOBEM)作為分段線性化卡爾曼濾波器當前周期的估計初始值；

所述分段線性化卡爾曼濾波器的輸入為測量參數y以及非線性機載發動機模型輸出的健康穩態參考值(x_aug,NOBEM,y_NOBEM)，根據公式

計算得到當前周期的發動機的退化參數h；其中K為卡爾曼濾波的增益，滿足P為Ricati方程的解；系數A_aug和C_aug根據公式

C_aug＝(C M)

確定，而A、C、L、M是將退化參數h看作發動機的控制輸入，并對非線性機載發動機模型在健康穩態參考點處進行線性化得到的反映發動機性能退化的增廣線性狀態變量模型

的系數：

w為系統噪聲，r為測量噪聲，相應的協方差矩陣為對角陣Q和R。

4.根據權利要求2所述一種基于性能退化的輸入受限航空發動機增益調度控制器，其特征在于：所述PID控制器組解算模塊根據輸入的退化參數h以及調度參數α插值得到的適應的PID控制器。