[發(fā)明專利]基于健康退化的航空發(fā)動機降保守性魯棒增益調(diào)度控制器

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010261766.0
• 申請日: 2020-04-04
• 公開（公告）號: CN111443607B
• 公開（公告）日: 2022-05-31
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 劉志丹;緱林峰;李慧慧;孫瑞謙;楊江
• 申請（專利權(quán)）人: 西北工業(yè)大學(xué)
• 主分類號: G05B13/04
• 分類號: 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

1.一種基于健康退化的航空發(fā)動機降保守性魯棒增益調(diào)度控制器，其特征在于：包括線性降保守性魯棒控制器組解算模塊和退化參數(shù)估計回路；

其中線性降保守性魯棒控制器組解算模塊、退化參數(shù)估計回路與航空發(fā)動機本體以及航空發(fā)動機上的若干傳感器組成退化參數(shù)調(diào)度控制回路；

所述線性降保守性魯棒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)動機本體，傳感器得到航空發(fā)動機測量參數(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)估計回路，退化參數(shù)估計回路解算得到航空發(fā)動機的退化參數(shù)h，并輸出到線性降保守性魯棒控制器組解算模塊；

線性降保守性魯棒控制器組解算模塊與航空發(fā)動機本體以及航空發(fā)動機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至線性降保守性魯棒控制器組解算模塊；

所述線性降保守性魯棒控制器組解算模塊內(nèi)設(shè)計有若干線性降保守性魯棒控制器，所述線性降保守性魯棒控制器是利用若干小攝動不確定性發(fā)動機模型而分別設(shè)計得到的，所述小攝動不確定性發(fā)動機模型是對航空發(fā)動機不同設(shè)定工作點下的、包含退化參數(shù)的航空發(fā)動機非線性模型進行線性化后再加入不含發(fā)動機性能退化的攝動塊得到的；

所述線性降保守性魯棒控制器組解算模塊根據(jù)輸入的退化參數(shù)h以及調(diào)度參數(shù)α，利用內(nèi)部設(shè)計的若干線性降保守性魯棒控制器計算得到適應(yīng)的線性降保守性魯棒控制器，該線性降保守性魯棒控制器根據(jù)參考輸入r和測量參數(shù)y的差值e產(chǎn)生控制輸入向量u；

所述退化參數(shù)估計回路中包括非線性機載發(fā)動機模型和分段線性化卡爾曼濾波器；

所述非線性機載發(fā)動機模型為帶退化參數(shù)的發(fā)動機非線性模型：

y＝g(x,u,h)

其中為控制輸入向量，為狀態(tài)向量，為輸出向量，為退化參數(shù)向量，f(·)為表示系統(tǒng)動態(tài)的n維可微非線性向量函數(shù)，g(·)為產(chǎn)生系統(tǒng)輸出的m維可微非線性向量函數(shù)；非線性機載發(fā)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(shù)h，其輸出的健康穩(wěn)態(tài)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(shù)y以及非線性機載發(fā)動機模型輸出的健康穩(wěn)態(tài)參考值(x_aug,NOBEM,y_NOBEM)，根據(jù)公式

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

C_aug＝(C M)

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

的系數(shù)：

w為系統(tǒng)噪聲，v為測量噪聲，相應(yīng)的協(xié)方差矩陣為對角陣Q和R；

所述線性降保守性魯棒控制器組解算模塊根據(jù)輸入的退化參數(shù)h以及調(diào)度參數(shù)α插值得到的適應(yīng)的線性降保守性魯棒控制器；

所述線性降保守性魯棒控制器組解算模塊先根據(jù)航空發(fā)動機當前的調(diào)度參數(shù)α選擇前后相鄰的兩個設(shè)定工作點α_i和α_i+1，并獲取兩個設(shè)定工作點α_i和α_i+1對應(yīng)發(fā)動機正常狀態(tài)h₁和設(shè)定退化程度h_base處的線性降保守性魯棒控制器Kⁱ、Kⁱ⁺¹和根據(jù)公式

計算得到考慮航空發(fā)動機當前退化參數(shù)h后，在兩個設(shè)定工作點α_i和α_i+1下的線性降保守性魯棒控制器K_i和K_i+1；再根據(jù)公式

計算得到航空發(fā)動機當前適應(yīng)的線性降保守性魯棒控制器K(α)。