[發(fā)明專利]航空發(fā)動機(jī)降保守性增益調(diào)度二自由度H∞控制器

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010261761.8
• 申請日: 2020-04-04
• 公開（公告）號: CN111456857B
• 公開（公告）日: 2023-02-28
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 緱林峰;劉志丹;趙東柱;孫瑞謙
• 申請（專利權(quán)）人: 西北工業(yè)大學(xué)
• 主分類號: F02C9/00
• 分類號: F02C9/00;G05B13/04
• 代理公司: 西安匠星互智知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 61291
• 代理人: 陳星

本發(fā)明提出一種航空發(fā)動機(jī)降保守性增益調(diào)度二自由度H∞控制器，包括降保守性二自由度H∞控制器組解算模塊和退化參數(shù)估計(jì)回路。本發(fā)明新增退化參數(shù)估計(jì)回路，采用發(fā)動機(jī)一定退化程度下的一組降保守性二自由度H∞控制器，得到降保守性二自由度H∞控制器組解算模塊。本發(fā)明設(shè)計(jì)的小攝動不確定性發(fā)動機(jī)模型消除發(fā)動機(jī)不確定性模型中的退化項(xiàng)，降低不確定模型的攝動范圍，降低了魯棒增益調(diào)度控制器的保守性。退化參數(shù)估計(jì)回路實(shí)現(xiàn)退化參數(shù)的可靠估計(jì)，實(shí)現(xiàn)發(fā)動機(jī)性能退化時(shí)的增益調(diào)度控制，最大限度的提高發(fā)動機(jī)性能退化時(shí)增益調(diào)度的控制精度，縮短控制系統(tǒng)的過渡時(shí)間，減小其動態(tài)偏差及靜態(tài)偏差，不僅具有較強(qiáng)的魯棒性而且保守性低，充分發(fā)揮發(fā)動機(jī)的性能。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及航空發(fā)動機(jī)控制技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種航空發(fā)動機(jī)降保守性增益調(diào)度二自由度H∞控制器。

背景技術(shù)

航空發(fā)動機(jī)是一個(gè)復(fù)雜的非線性動力學(xué)系統(tǒng)，在范圍寬廣的飛行包線內(nèi)工作時(shí)，發(fā)動機(jī)的工作狀態(tài)隨著外部條件和飛行條件的變化而不斷變化。針對航空發(fā)動機(jī)的強(qiáng)非線性和模型的不確定性，現(xiàn)有技術(shù)中有提出魯棒增益調(diào)度控制方法，將發(fā)動機(jī)劃分為一系列工作點(diǎn)，并在每一個(gè)工作點(diǎn)設(shè)計(jì)魯棒控制器，最終采用增益調(diào)度的方法選擇合適的魯棒控制器對發(fā)動機(jī)進(jìn)行控制。

上述航空發(fā)動機(jī)魯棒增益調(diào)度控制方法可以對航空發(fā)動機(jī)進(jìn)行控制。然而，它們是非常保守的，因?yàn)樗鼈儗l(fā)動機(jī)退化看作發(fā)動機(jī)模型的不確定性進(jìn)行魯棒控制器的設(shè)計(jì)。事實(shí)上，發(fā)動機(jī)的性能退化程度可以通過測量參數(shù)來估計(jì)，從而消除不確定性模型中的退化項(xiàng)，縮小不確定性模型的范圍，降低魯棒增益調(diào)度控制器的保守性，提高發(fā)動機(jī)的性能。

另外，傳統(tǒng)單自由度控制器無法同時(shí)兼顧航空發(fā)動機(jī)控制系統(tǒng)的魯棒穩(wěn)定性和魯棒性能。我們引入自由度H∞控制器設(shè)計(jì)方法對航空發(fā)動機(jī)進(jìn)行魯棒控制器設(shè)計(jì)。在傳統(tǒng)H∞控制器的基礎(chǔ)上加入前置濾波器和反饋控制器，通過調(diào)整反饋控制器使擾動抑制的能力達(dá)到最佳，在此基礎(chǔ)上調(diào)整前置濾波器使系統(tǒng)的指令跟蹤能力達(dá)到最佳。

發(fā)明內(nèi)容

為解決現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明提出一種航空發(fā)動機(jī)降保守性增益調(diào)度二自由度H∞控制器，同時(shí)兼顧航空發(fā)動機(jī)控制系統(tǒng)的魯棒穩(wěn)定性和魯棒性能，且保守性低，將發(fā)動機(jī)的性能退化程度通過測量參數(shù)來估計(jì)，從而消除不確定性模型中的退化項(xiàng)，縮小不確定性模型的范圍，降低魯棒增益調(diào)度控制器的保守性，能夠在發(fā)動機(jī)性能發(fā)生退化的情況下依舊對真實(shí)發(fā)動機(jī)進(jìn)行良好控制，充分發(fā)揮發(fā)動機(jī)的性能，提高飛機(jī)全壽命效能。

本發(fā)明的技術(shù)方案為：

所述一種航空發(fā)動機(jī)降保守性增益調(diào)度二自由度H∞控制器，其特征在于：包括降保守性二自由度H∞控制器組解算模塊和退化參數(shù)估計(jì)回路；

其中降保守性二自由度H∞控制器組解算模塊、退化參數(shù)估計(jì)回路與航空發(fā)動機(jī)本體以及航空發(fā)動機(jī)上的若干傳感器組成退化參數(shù)調(diào)度控制回路；

所述降保守性二自由度H∞控制器組解算模塊產(chǎn)生控制輸入向量u并輸出給航空發(fā)動機(jī)本體，傳感器得到航空發(fā)動機(jī)測量參數(shù)y；控制輸入向量u以及測量參數(shù)y共同輸入到退化參數(shù)估計(jì)回路，退化參數(shù)估計(jì)回路解算得到航空發(fā)動機(jī)的退化參數(shù)h，并輸出到降保守性二自由度H∞控制器組解算模塊；

降保守性二自由度H∞控制器組解算模塊與航空發(fā)動機(jī)本體以及航空發(fā)動機(jī)上的若干傳感器還組成調(diào)度參數(shù)調(diào)度控制回路；由傳感器輸出調(diào)度參數(shù)α至降保守性二自由度H∞控制器組解算模塊；

所述降保守性二自由度H∞控制器組解算模塊內(nèi)設(shè)計(jì)有若干降保守性二自由度H∞控制器；所述降保守性二自由度H∞控制器包含前置濾波器和反饋控制器，對若干小攝動不確定性發(fā)動機(jī)模型利用H∞回路成形方法分別設(shè)計(jì)得到；

所述小攝動不確定性發(fā)動機(jī)模型是對航空發(fā)動機(jī)不同設(shè)定工作點(diǎn)下的、包含退化參數(shù)的航空發(fā)動機(jī)非線性模型進(jìn)行線性化后再加入不含發(fā)動機(jī)性能退化的攝動塊得到的；針對某一退化狀態(tài)下的航空發(fā)動機(jī)非線性模型，所加入的不含發(fā)動機(jī)性能退化的攝動塊為能夠覆蓋航空發(fā)動機(jī)除退化外所有不確定性的最小攝動半徑攝動塊；