[發明專利]變循環發動機增益調度二自由度H∞控制器

有效

• 申請號: 202010542137.5
• 申請日: 2020-06-15
• 公開（公告）號: CN112327611B
• 公開（公告）日: 2022-06-10
• 發明（設計）人: 李慧慧;緱林峰;劉志丹;孫楚佳;趙晨陽
• 申請（專利權）人: 西北工業大學
• 主分類號: G05B13/04
• 分類號: G05B13/04;F02C9/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.一種變循環發動機增益調度二自由度H∞控制器，其特征在于：包括二自由度H∞控制器組調度計算模塊；

其中二自由度H∞控制器組調度計算模塊與變循環發動機本體以及變循環發動機上的若干傳感器組成調度控制回路；由傳感器輸出調度參數α和模式選擇活門打開程度msv至二自由度H∞控制器組調度計算模塊；

所述二自由度H∞控制器組調度計算模塊產生控制輸入向量u并輸出給變循環發動機本體，傳感器得到變循環發動機測量參數y；

所述二自由度H∞控制器組調度計算模塊內設計有若干二自由度H∞控制器，所述二自由度H∞控制器包含前置濾波器和反饋控制器，對若干不確定性發動機模型利用H∞回路成形方法分別設計得到；

線性不確定性發動機模型是對變循環發動機不同模式選擇活門MSV打開程度、不同調度參數下的非線性發動機模型進行線性化后再加入攝動塊得到的；

所述二自由度H∞控制器組調度計算模塊根據輸入的調度參數α和模式選擇活門打開程度msv，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，該二自由度H∞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；

所述二自由度H∞控制器組調度計算模塊根據輸入的調度參數α和模式選擇活門打開程度msv插值得到的適應的二自由度H∞控制器；

所述二自由度H∞控制器組調度計算模塊根據變循環發動機當前的調度參數α和模式選擇活門打開程度msv選擇相鄰的四個設定工作點x_i,j、x_i,j+1、x_i+1,j和x_i+1,j+1，x_i,j表示調度參數為α_i，模式選擇活門打開程度為msv_j時的工作點，并獲取四個設定工作點對應的線性控制器K_i,j、K_i,j+1、K_i+1,j和K_i+1,j+1，i＝1,2,...,q,j＝1,2,...,J，根據公式

計算得到變循環發動機當前適應的二自由度H∞控制器K(α,msv)；

所述非線性發動機模型為：

y＝g(x,u,msv)

其中為控制輸入向量，為狀態向量，為輸出向量，為模式選擇活門MSV打開程度，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；

所述線性化過程為：從模式選擇活門MSV完全閉合msv₀到完全打開msv_J等間距的選取模式選擇活門MSV打開程度msv_j,j＝1,2,...,J，在每一個固定的msv_j,j＝1,2,...,J，選擇一組調度參數值α_i,i＝1,2,...,q，代表系統的動態范圍，并將飛行包線劃分為幾個子區間，并將這些點作為工作點，在工作點，采用小擾動法或擬合法對發動機非線性模型在穩態參考點處進行線性化，得到

其中Δ表示該參數的變化量，系數矩陣可由下式得到：

這些系數在發動機不同的工作狀態具有不同的值；

所述線性不確定性發動機模型得到方法為：得到的各個工作點的線性化模型為標稱模型，線性狀態空間方程

也可以表示為

實際的發動機和標稱模型之間的誤差可以表示為一個攝動塊Δ(s)，在標稱模型加入攝動塊建立發動機不確定模型

2.根據權利要求1所述一種變循環發動機增益調度二自由度H∞控制器，其特征在于：所述二自由度H∞控制器組調度計算模塊內設計若干二自由度H∞控制器的過程為：在全飛行包線內根據調度參數α和模式選擇活門打開程度msv，選取q*J個工作點對非線性發動機模型進行線性化得到q*J個線性化模型再加入攝動塊得到q*J個線性不確定性發動機模型，并對這q*J個線性不確定性發動機模型分別設計相應的二自由度H∞控制器從而組成二自由度H∞控制器組。

3.根據權利要求1所述一種變循環發動機增益調度二自由度H∞控制器，其特征在于：所述調度參數α包括變循環發動機的風扇轉速或者壓氣機轉速。

4.根據權利要求1所述一種變循環發動機增益調度二自由度H∞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。