[發明專利]航空發動機氣路部件故障魯棒增益調度容錯控制器

在審

• 申請號: 202010542911.2
• 申請日: 2020-06-15
• 公開（公告）號: CN112346336A
• 公開（公告）日: 2021-02-09
• 發明（設計）人: 劉志丹;緱林峰;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: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明提出一種航空發動機氣路部件故障魯棒增益調度容錯控制器。魯棒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，解算得到發動機的健康參數h，并輸出到魯棒控制器組容錯控制模塊；魯棒控制器組容錯控制模塊根據輸入的健康參數h以及調度參數α，利用內部設計的若干魯棒控制器計算得到適應的魯棒控制器，該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。本發明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，具有較強的魯棒性，并且保證發動機安全工作，充分發揮發動機的性能，提高飛機的安全性和性能。

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氣路部件故障魯棒增益調度容錯控制器。

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氣路部件故障魯棒增益調度容錯控制器，具有較強的魯棒性，并且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，充分發揮發動機的性能，提高飛機的安全性和性能。

本發明的技術方案為：

所述一種航空發動機氣路部件故障魯棒增益調度容錯控制器，其特征在于：包括魯棒控制器組容錯控制模塊和氣路部件故障診斷模塊；

其中魯棒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；

所述魯棒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，并輸出到魯棒控制器組容錯控制模塊；

魯棒控制器組容錯控制模塊、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至魯棒控制器組容錯控制模塊；

所述魯棒控制器組容錯控制模塊內設計有若干魯棒控制器，所述魯棒控制器是利用若干線性不確定性發動機模型而分別設計得到的，所述線性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、不同氣路部件故障下的航空發動機非線性模型進行線性化后再加入攝動塊得到的；