[發明專利]航空發動機最大推力狀態容錯二自由度H∞控制器

在審

• 申請號: 202010541905.5
• 申請日: 2020-06-15
• 公開（公告）號: CN111852662A
• 公開（公告）日: 2020-10-30
• 發明（設計）人: 緱林峰;蔣宗霆;劉志丹;孫楚佳
• 申請（專利權）人: 西北工業大學
• 主分類號: F02C9/00
• 分類號: F02C9/00;F02C6/20;F02C7/057
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明提出一種航空發動機最大推力狀態容錯二自由度H∞控制器。最大推力狀態二自由度H∞控制器組容錯控制模塊產生控制輸入向量u并輸出給發動機本體，氣路部件故障診斷模塊診斷發動機的氣路部件故障；最大推力狀態二自由度H∞控制器組容錯控制模塊，利用內部設計的若干二自由度H∞控制器計算得到適應的二自由度H∞控制器，產生控制輸入向量u。本發明不僅可以同時保證系統的魯棒穩定性和魯棒性能，并且能夠在發動機機氣路部件故障的情況下在最大推力狀態依舊對真實發動機進行良好控制，最大限度的提高發動機在最大推力狀態的性能，使發動機氣路部件故障時在最大推力狀態不僅穩定工作，并且具有最優的性能，提高戰斗機的機動性能。

技術領域

本發明涉及航空發動機控制技術領域，尤其涉及一種航空發動機最大推力狀態容錯二自由度H∞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，其控制系統容易受到工作條件，發動機性能下降，環境條件變化的影響，并且很難事先知道外部干擾和測量噪聲的影響。由于飛機發動機的工作過程非常復雜，難以建立準確的數學模型，所以數學模型與實際系統之間總是存在差異。因此，有必要設計一種魯棒控制器，用于在外部干擾信號，噪聲干擾，未建模的動態特性和參數變化的情況下穩定航空發動機控制系統，并具有良好的性能。針對傳統單自由度控制器無法同時兼顧航空發動機控制系統的魯棒穩定性和魯棒性能的問題，二自由度H∞控制器設計方法在傳統H∞控制器的基礎上加入前置濾波器和反饋控制器，通過調整反饋控制器使擾動抑制的能力達到最佳，在此基礎上調整前置濾波器使系統的指令跟蹤能力達到最佳。

戰斗機由于需要實現高機動性，發動機的最大推力狀態的性能及安全性至關重要。傳統的二自由度H∞控制器雖然可以對發動機在最大推力狀態實現穩定控制。然而，現代戰機對航空發動機性能的要求不斷提高，其結構也越來越復雜，并且由于發動機工作環境的惡劣多變，發動機故障約占飛機總故障的1/3。其中，氣路部件故障占發動機總體故障的90％以上，其維護費用占發動機總體維護費用的60％。為了保證發動機安全工作并使故障發動機提供足夠的性能來保證飛機安全飛行或具有高的機動性，必須對故障的發動機性能進行恢復，并且對發動機進行容錯控制，保證控制系統正常穩定工作且具有良好的性能。因此，研究發動機氣路部件故障容錯控制方法具有重要意義。

傳統的氣路部件故障容錯控制方法在航空發動機出現氣路部件故障時通過修正控制規律，使得發動機的推力與油門桿始終匹配，有效的保證了發動機的推力。然而，這些設計方法并沒有解決當前控制器和發動機模型不匹配從而導致控制系統性能下降甚至不穩定的問題。當發動機發生氣路部件故障時，發動機在同一工作點的線性化模型也會發生較大變化。因此，根據正常狀態的發動機模型設計的控制器一般無法保證氣路部件故障時發動機的性能，甚至無法保證控制系統的閉環穩定。

發明內容

為解決現有技術存在的問題，本發明提出一種航空發動機最大推力狀態容錯二自由度H∞控制器，同時兼顧航空發動機控制系統的魯棒穩定性和魯棒性能，并且在最大推力狀態能夠在發動機機氣路部件故障的情況下依舊對真實發動機進行良好控制，保證發動機安全工作，充分發揮發動機最大推力狀態的性能，提高飛機的安全性和性能，提高戰斗機的機動性。

本發明的技術方案為：

所述一種航空發動機最大推力狀態容錯二自由度H∞控制器，其特征在于：包括最大推力狀態二自由度H∞控制器組容錯控制模塊和氣路部件故障診斷模塊；

其中最大推力狀態二自由度H∞控制器組容錯控制模塊、氣路部件故障診斷模塊與航空發動機本體以及航空發動機上的若干傳感器組成氣路部件故障調度控制回路；

所述最大推力狀態二自由度H∞控制器組容錯控制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共同輸入到氣路部件故障診斷模塊，氣路部件故障診斷模塊診斷發動機的氣路部件故障情況得到航空發動機的健康參數h，并輸出到最大推力狀態二自由度H∞控制器組容錯控制模塊；