[發明專利]基于健康退化的航空發動機降保守性魯棒增益調度控制器

有效

• 申請號: 202010261766.0
• 申請日: 2020-04-04
• 公開（公告）號: CN111443607B
• 公開（公告）日: 2022-05-31
• 發明（設計）人: 劉志丹;緱林峰;李慧慧;孫瑞謙;楊江
• 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

本發明提出一種基于健康退化的航空發動機降保守性魯棒增益調度控制器，利用傳統增益調度控制器中固有的模塊，通過新增退化參數估計回路，并對增益調度控制器組進行了改進，新增發動機一定退化程度下的一組線性降保守性魯棒控制器，得到線性降保守性魯棒控制器組解算模塊。設計的線性降保守性魯棒控制器采用小攝動不確定性發動機模型，消除發動機不確定性中的退化項，降低了不確定模型的攝動范圍，降低了魯棒增益調度控制器的保守性。退化參數估計回路實現了退化參數的可靠估計，結合調度參數實現發動機性能退化時的增益調度控制，最大限度的提高發動機性能退化時增益調度的控制精度，不僅具有較強的魯棒性而且保守性低，充分發揮發動機的性能。

技術領域

本發明涉及航空發動機控制技術領域，尤其涉及一種基于健康退化的航空發動機降保守性魯棒增益調度控制器。

背景技術

航空發動機是一個復雜的非線性動力學系統，在范圍寬廣的飛行包線內工作時，發動機的工作狀態隨著外部條件和飛行條件的變化而不斷變化。針對航空發動機的強非線性和模型的不確定性，現有技術中有提出魯棒增益調度控制方法，將發動機劃分為一系列工作點，并在每一個工作點設計魯棒控制器，最終采用增益調度的方法選擇合適的魯棒控制器對發動機進行控制。

上述航空發動機魯棒增益調度控制方法可以對航空發動機進行控制。然而，它們是非常保守的，因為它們將發動機退化看作發動機模型的不確定性進行魯棒控制器的設計。事實上，發動機的性能退化程度可以通過測量參數來估計，從而消除不確定性模型中的退化項，縮小不確定性模型的范圍，降低魯棒增益調度控制器的保守性，提高發動機的性能。

發明內容

為解決現有技術存在的問題，本發明提出一種基于健康退化的航空發動機降保守性魯棒增益調度控制器，具有較強的魯棒性且保守性低，將發動機的性能退化程度通過測量參數來估計，從而消除不確定性模型中的退化項，縮小不確定性模型的范圍，降低魯棒增益調度控制器的保守性，能夠在發動機性能發生退化的情況下依舊對真實發動機進行良好控制，充分發揮發動機的性能，提高飛機全壽命效能。

本發明的技術方案為：

所述一種基于健康退化的航空發動機降保守性魯棒增益調度控制器，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；

所述線性降保守性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設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動機模型而分別設計得到的，所述小攝動不確定性發動機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再加入不含發動機性能退化的攝動塊得到的；針對某一退化狀態下的航空發動機非線性模型，所加入的不含發動機性能退化的攝動塊為能夠覆蓋航空發動機除退化外所有不確定性的最小攝動半徑攝動塊；

所述線性降保守性魯棒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線性降保守性魯棒控制器計算得到適應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參考輸入r和測量參數y的差值e產生控制輸入向量u。