[發(fā)明專(zhuān)利]變循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)氣路部件故障增益調(diào)度容錯(cuò)控制器

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010541810.3
• 申請(qǐng)日: 2020-06-15
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN112327602A
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-02-05
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 緱林峰;李慧慧;劉志丹;楊江;孫楚佳;趙晨陽(yáng)
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 西北工業(yè)大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): G05B11/42
• 分類(lèi)號(hào): G05B11/42;G05B13/04;G01M15/14;G01M15/02;F02C9/00
• 代理公司: 暫無(wú)信息
• 代理人: 暫無(wú)信息

本發(fā)明提出一種變循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)氣路部件故障增益調(diào)度容錯(cuò)控制器。PID控制器組容錯(cuò)控制模塊產(chǎn)生控制輸入向量u并輸出給發(fā)動(dòng)機(jī)本體，氣路部件故障診斷模塊診斷發(fā)動(dòng)機(jī)的氣路部件故障，PID控制器組容錯(cuò)控制模塊根據(jù)輸入的模式選擇活門(mén)打開(kāi)程度msv、健康參數(shù)h以及調(diào)度參數(shù)α，利用內(nèi)部設(shè)計(jì)的若干PID控制器計(jì)算得到適應(yīng)的PID控制器，該P(yáng)ID控制器根據(jù)參考輸入r和測(cè)量參數(shù)y的差值e產(chǎn)生控制輸入向量u。本發(fā)明能夠在全飛行包線(xiàn)內(nèi)對(duì)變循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)在不同的工作模式下進(jìn)行良好控制，能夠在變循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)氣路部件故障的情況下依舊對(duì)變循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行良好控制，保證變循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)安全工作，充分發(fā)揮變循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)的性能，提高飛機(jī)的安全性和性能。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及變循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)控制技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種變循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)氣路部件故障增益調(diào)度容錯(cuò)控制器。

背景技術(shù)

現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)要求先進(jìn)戰(zhàn)斗機(jī)具備長(zhǎng)航程亞聲速巡航的能力，同時(shí)在作戰(zhàn)時(shí)又要具備快速反應(yīng)能力，未來(lái)變循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)將向長(zhǎng)巡航里程、高推重比、寬工作范圍三個(gè)方向不斷發(fā)展。通過(guò)研究常規(guī)變循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)速度特性，研究者發(fā)現(xiàn)超聲速狀態(tài)下渦噴變循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)具有較高的單位推力和較低的單位燃油消耗率而亞聲速狀態(tài)下大涵道比渦扇變循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)具有較低的單位燃油消耗率。考慮現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)對(duì)戰(zhàn)斗機(jī)推進(jìn)系統(tǒng)的性能要求，渦扇變循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)更加適合亞聲速飛行，而渦噴變循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)更適合超聲速飛行。因此，便有了性能更好的變循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)。在變循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)不同的工作狀態(tài)下，通過(guò)采用調(diào)節(jié)特征部件的幾何形狀、物理位置或尺寸大小等不同的技術(shù)手段，將渦扇和渦噴兩種不同的變循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)的性能優(yōu)勢(shì)集中一體，從而保證變循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)在亞聲速巡航狀態(tài)下以渦扇變循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)類(lèi)似構(gòu)型工作，從而獲得較高的經(jīng)濟(jì)性，在超聲速作戰(zhàn)狀態(tài)下以渦噴變循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)類(lèi)似構(gòu)型工作，從而獲得持續(xù)可靠的高單位推力，達(dá)到了將渦扇、渦噴變循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)的性能優(yōu)勢(shì)融為一體的目的，使變循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)在變循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)工作全過(guò)程中均具有優(yōu)良的性能。

變循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)是一個(gè)復(fù)雜的非線(xiàn)性動(dòng)力學(xué)系統(tǒng),在范圍寬廣的飛行包線(xiàn)內(nèi)工作時(shí),變循環(huán)發(fā)動(dòng)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。采用單一的線(xiàn)性控制器無(wú)法對(duì)變循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)在全飛行包線(xiàn)內(nèi)進(jìn)行良好的控制，所以有人提出了非線(xiàn)性控制器設(shè)計(jì)方法，然而該方法不成熟而且非常復(fù)雜。針對(duì)變循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)的控制，使用較多的是增益調(diào)度控制，通過(guò)對(duì)非線(xiàn)性模型中的一些穩(wěn)定設(shè)計(jì)點(diǎn)進(jìn)行線(xiàn)性化以獲得對(duì)應(yīng)各個(gè)點(diǎn)的線(xiàn)性化模型,然后針對(duì)各線(xiàn)化模型分別設(shè)計(jì)控制器,運(yùn)用擬合或插值的方法將各個(gè)控制器連接起來(lái)，從而使用線(xiàn)性控制器對(duì)非線(xiàn)性變循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行有效控制。

然而，現(xiàn)代戰(zhàn)機(jī)對(duì)變循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)性能的要求不斷提高，其結(jié)構(gòu)也越來(lái)越復(fù)雜，并且由于變循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)工作環(huán)境的惡劣多變，變循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)故障約占飛機(jī)總故障的1/3。其中，氣路部件故障占變循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)總體故障的90％以上，其維護(hù)費(fèi)用占變循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)總體維護(hù)費(fèi)用的60％。為了保證變循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)安全工作并使故障變循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)提供足夠的性能來(lái)保證飛機(jī)安全飛行或具有高的機(jī)動(dòng)性，必須對(duì)故障的變循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)性能進(jìn)行恢復(fù)，并且對(duì)變循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行容錯(cuò)控制，保證控制系統(tǒng)正常穩(wěn)定工作且具有良好的性能。

傳統(tǒng)的氣路部件故障容錯(cuò)控制方法在變循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)出現(xiàn)氣路部件故障時(shí)通過(guò)修正控制規(guī)律，使得變循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)的推力與油門(mén)桿始終匹配，有效的保證了變循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)的推力。然而，這些設(shè)計(jì)方法并沒(méi)有解決當(dāng)前控制器和變循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)模型不匹配從而導(dǎo)致控制系統(tǒng)性能下降甚至不穩(wěn)定的問(wèn)題。當(dāng)變循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)生氣路部件故障時(shí)，變循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)在同一工作點(diǎn)的線(xiàn)性化模型也會(huì)發(fā)生較大變化。因此，根據(jù)正常狀態(tài)的變循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)模型設(shè)計(jì)的控制器一般無(wú)法保證氣路部件故障時(shí)變循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)的性能，甚至無(wú)法保證控制系統(tǒng)的閉環(huán)穩(wěn)定。因此，研究變循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)氣路部件故障容錯(cuò)控制方法具有重要意義。

發(fā)明內(nèi)容

為解決現(xiàn)有技術(shù)存在的問(wèn)題，本發(fā)明提出一種變循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)氣路部件故障增益調(diào)度容錯(cuò)控制器，能夠在全飛行包線(xiàn)內(nèi)對(duì)變循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)在不同的工作模式下進(jìn)行良好控制，并且在變循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)氣路部件故障的情況下依舊對(duì)變循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行良好控制，保證變循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)安全工作，充分發(fā)揮變循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)的性能，提高飛機(jī)的安全性和性能。

本發(fā)明的技術(shù)方案為：