[發明專利]航空發動機容錯增益調度二自由度μ控制器

有效

• 申請號: 202010543073.0
• 申請日: 2020-06-15
• 公開（公告）號: CN111830827B
• 公開（公告）日: 2022-06-10
• 發明（設計）人: 劉志丹;緱林峰;楊江;趙東柱
• 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

1.一種航空發動機容錯增益調度二自由度μ控制器，其特征在于：包括二自由度μ控制器組容錯控制模塊和氣路部件故障診斷模塊；

其中二自由度μ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；

所述二自由度μ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解算得到航空發動機的健康參數h，并輸出到二自由度μ控制器組容錯控制模塊；

二自由度μ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至二自由度μ控制器組容錯控制模塊；

所述二自由度μ控制器組容錯控制模塊內設計有若干二自由度μ控制器；所述二自由度μ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μ綜合方法分別設計得到；

所述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并加入攝動塊得到的；

所述二自由度μ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二自由度μ控制器計算得到適應的二自由度μ控制器，該二自由度μ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μ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插值得到適應的二自由度μ控制器；

所述二自由度μ控制器組容錯控制模塊先根據航空發動機當前的調度參數α選擇前后相鄰的兩個設定工作點α_i和α_i+1，并獲取兩個設定工作點α_i和α_i+1對應發動機無部件故障的控制器Kⁱ和Kⁱ⁺¹，各種典型部件故障Δh_{base_j}的控制器Δh_{base_j}表示向量Δh的第j個元素的值為Δh_base，其他元素的值為0，根據公式

計算得到航空發動機所選工作點α_i和α_i+1處發動機的當前部件故障程度即健康參數為h下的二自由度μ控制器K_i和K_i+1，式中Δh_j為向量Δh的第j個元素，僅考慮||Δh||≤||Δh_max||的發動機氣路部件故障情況，當||Δh||||Δh_max||發動機已失效，再根據公式

計算得到航空發動機當前適應的容錯二自由度μ控制器K(α)；

所述氣路部件故障診斷模塊中包括非線性機載發動機模型和分段線性化卡爾曼濾波器；

所述非線性機載發動機模型為帶健康參數的發動機非線性模型：

y＝g(x,u,h)

其中為控制輸入向量，為狀態向量，為輸出向量，為健康參數向量，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；非線性機載發動機模型輸入為控制輸入向量u以及上一周期的健康參數h，其輸出的健康穩態參考值(x_aug,NOBEM,y_NOBEM)作為分段線性化卡爾曼濾波器當前周期的估計初始值；

所述分段線性化卡爾曼濾波器的輸入為測量參數y以及非線性機載發動機模型輸出的健康穩態參考值(x_aug,NOBEM,y_NOBEM)，根據公式

計算得到當前周期的發動機的健康參數h；其中K為卡爾曼濾波的增益，滿足P為Ricati方程的解；系數A_aug和C_aug根據公式

C_aug＝(C M)

確定，而A、C、L、M是將健康參數h看作發動機的控制輸入，并對非線性機載發動機模型在健康穩態參考點處進行線性化得到的反映發動機性能退化的增廣線性狀態變量模型

的系數：

w為系統噪聲，v為測量噪聲，相應的協方差矩陣為對角陣Q和R。