[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

本發明提出一種變循環發動機增益調度二自由度H∞控制器。二自由度H∞控制器組調度計算模塊產生控制輸入向量u并輸出給發動機本體，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；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。本發明能夠在全飛行包線內對變循環發動機在不同的工作模式下進行良好控制，可以同時保證系統的魯棒穩定性和魯棒性能，保證控制系統的穩定性并充分發揮變循環發動機的性能。

技術領域

本發明涉及變循環航空發動機控制技術領域，尤其涉及一種變循環發動機增益調度二自由度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，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，現代戰爭要求先進戰斗機具備長航程亞聲速巡航的能力，同時在作戰時又要具備快速反應能力，未來航空發動機將向長巡航里程、高推重比、寬工作范圍三個方向不斷發展。通過研究常規發動機速度特性，研究者發現超聲速狀態下渦噴發動機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下大涵道比渦扇發動機具有較低的單位燃油消耗率。考慮現代戰爭對戰斗機推進系統的性能要求，渦扇發動機更加適合亞聲速飛行，而渦噴發動機更適合超聲速飛行。因此，便有了性能更好的變循環發動機。在發動機不同的工作狀態下，通過采用調節特征部件的幾何形狀、物理位置或尺寸大小等不同的技術手段，將渦扇和渦噴兩種不同的航空發動機的性能優勢集中一體，從而保證變循環發動機在亞聲速巡航狀態下以渦扇發動機類似構型工作，從而獲得較高的經濟性，在超聲速作戰狀態下以渦噴發動機類似構型工作，從而獲得持續可靠的高單位推力，達到了將渦扇、渦噴發動機的性能優勢融為一體的目的，使變循環發動機在發動機工作全過程中均具有優良的性能。變循環發動機在不同的工作模式下，可以調整自身熱力循環狀態，除了需要具備特殊的特征部件外，還需要與之適應、性能優良的控制系統。相比傳統航空發動機，變循環發動機工作包線寬廣、工作模式復雜、可調部件眾多，控制系統中控制變量更多、變量間耦合性更強。傳統的魯棒增益調度控制無法適用于變循環發動機，另外，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，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。因此，研究變循環發動機增益調度二自由度H∞控制方法具有重要意義。

發明內容

為解決現有技術存在的問題，本發明提出一種變循環發動機增益調度二自由度H∞控制器，能夠在全飛行包線內對變循環發動機在不同的工作模式下進行良好控制，同時兼顧變循環發動機控制系統的魯棒穩定性和魯棒性能，保證控制系統的穩定性并充分發揮變循環發動機的性能。

本發明的技術方案為：

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：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；