[發明專利]航空發動機最大推力狀態降保守性二自由度μ控制器

有效

• 申請號: 202010261764.1
• 申請日: 2020-04-04
• 公開（公告）號: CN111459028B
• 公開（公告）日: 2022-06-07
• 發明（設計）人: 緱林峰;劉志丹;楊江;孫瑞謙;趙東柱
• 申請（專利權）人: 西北工業大學
• 主分類號: G05B13/04
• 分類號: G05B13/04
• 代理公司: 西安匠星互智知識產權代理有限公司 61291
• 代理人: 陳星

1.一種航空發動機最大推力狀態降保守性二自由度μ控制器，其特征在于：包括最大推力狀態降保守性二自由度μ魯棒控制器組解算模塊和退化參數估計回路；

其中最大推力狀態降保守性二自由度μ魯棒控制器組解算模塊、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；

所述最大推力狀態降保守性二自由度μ魯棒控制器組解算模塊產生控制輸入向量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，并輸出到最大推力狀態降保守性二自由度μ魯棒控制器組解算模塊；

所述最大推力狀態降保守性二自由度μ魯棒控制器組解算模塊內設計有兩個最大推力狀態降保守性二自由度μ魯棒控制器；所述最大推力狀態降保守性二自由度μ魯棒控制器包含前置濾波器和反饋控制器；兩個最大推力狀態降保守性二自由度μ魯棒控制器采用以下過程得到：

分別在發動機正常狀態h₁和設定退化程度h_base處，在航空發動機最大推力狀態下對包含退化參數的發動機非線性模型進行線性化得到2個線性化模型，對線性化模型加入不含發動機性能退化的攝動塊得到小攝動不確定性發動機模型，對兩個小攝動不確定性發動機模型利用μ綜合方法分別設計得到最大推力狀態降保守性二自由度μ魯棒控制器；

所述最大推力狀態降保守性二自由度μ魯棒控制器組解算模塊根據輸入的退化參數h，利用內部設計的兩個最大推力狀態降保守性二自由度μ魯棒控制器計算得到適應的最大推力狀態降保守性二自由度μ魯棒控制器，該最大推力狀態降保守性二自由度μ魯棒控制器根據參考輸入r和測量參數y的差值e產生控制輸入向量u；

所述退化參數估計回路中包括非線性機載發動機模型和最大推力狀態處卡爾曼濾波器；

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)作為最大推力狀態處卡爾曼濾波器當前周期的估計初始值；

所述最大推力狀態處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T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，v為測量噪聲，相應的協方差矩陣為對角陣Q和R；

所述最大推力狀態降保守性二自由度μ魯棒控制器組解算模塊根據航空發動機正常狀態h₁和設定退化程度h_base處的最大推力狀態降保守性二自由度μ魯棒控制器K、K_{h_base}，通過公式

計算得到航空發動機當前退化狀態適應的最大推力狀態降保守性二自由度μ魯棒控制器K_h。

2.根據權利要求1所述航空發動機最大推力狀態降保守性二自由度μ控制器，其特征在于：所述測量參數包括進氣道出口、風扇出口、壓氣機出口、高壓渦輪后、低壓渦輪后的溫度和壓力，風扇轉速和壓氣機轉速。