[發(fā)明專利]航空發(fā)動機容錯增益調度二自由度μ控制器

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010543073.0
• 申請日: 2020-06-15
• 公開（公告）號: CN111830827B
• 公開（公告）日: 2022-06-10
• 發(fā)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(yè)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(fā)明提出一種航空發(fā)動機容錯增益調度二自由度μ控制器。二自由度μ控制器組容錯控制模塊產生控制輸入向量u并輸出給發(fā)動機本體，氣路部件故障診斷模塊診斷發(fā)動機的氣路部件故障；二自由度μ控制器組容錯控制模塊根據輸入的健康參數(shù)h以及調度參數(shù)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(shù)y的差值e產生控制輸入向量u。本發(fā)明不僅具有較強的魯棒性而且保守性低，而且能夠在發(fā)動機機氣路部件故障的情況下依舊對真實發(fā)動機進行良好控制，保證發(fā)動機安全工作，充分發(fā)揮發(fā)動機的性能，提高飛機的安全性和性能。

技術領域

本發(fā)明涉及航空發(fā)動機控制技術領域，尤其涉及一種航空發(fā)動機容錯增益調度二自由度μ控制器。

背景技術

航空發(fā)動機是一個復雜的非線性動力學系統(tǒng)，在范圍寬廣的飛行包線內工作時，發(fā)動機的工作狀態(tài)隨著外部條件和飛行條件的變化而不斷變化。針對航空發(fā)動機的強非線性和模型的不確定性，現(xiàn)有技術中有提出魯棒增益調度控制方法，將發(fā)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(fā)動機進行控制。針對傳統(tǒng)單自由度控制器無法同時兼顧航空發(fā)動機控制系統(tǒng)的魯棒穩(wěn)定性和魯棒性能，而二自由度H∞控制器設計方法由于沒有考慮攝動結構會使得設計保守性增強的問題。二自由度μ控制器設計方法在傳統(tǒng)μ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(tǒng)的指令跟蹤能力達到最佳。

然而，現(xiàn)代戰(zhàn)機對航空發(fā)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(fā)動機工作環(huán)境的惡劣多變，發(fā)動機故障約占飛機總故障的1/3。其中，氣路部件故障占發(fā)動機總體故障的90％以上，其維護費用占發(fā)動機總體維護費用的60％。為了保證發(fā)動機安全工作并使故障發(fā)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(fā)動機性能進行恢復，并且對發(fā)動機進行容錯控制，保證控制系統(tǒng)正常穩(wěn)定工作且具有良好的性能。因此，研究發(fā)動機氣路部件故障容錯控制方法具有重要意義。

傳統(tǒng)的氣路部件故障容錯控制方法在航空發(fā)動機出現(xiàn)氣路部件故障時通過修正控制規(guī)律，使得發(fā)動機的推力與油門桿始終匹配，有效的保證了發(fā)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(fā)動機模型不匹配從而導致控制系統(tǒng)性能下降甚至不穩(wěn)定的問題。當發(fā)動機發(fā)生氣路部件故障時，發(fā)動機在同一工作點的線性化模型也會發(fā)生較大變化。因此，根據正常狀態(tài)的發(fā)動機模型設計的二自由度μ控制器一般無法保證氣路部件故障時發(fā)動機的性能，甚至無法保證控制系統(tǒng)的閉環(huán)穩(wěn)定。

發(fā)明內容

為解決現(xiàn)有技術存在的問題，本發(fā)明提出一種航空發(fā)動機容錯增益調度二自由度μ控制器，同時兼顧航空發(fā)動機控制系統(tǒng)的魯棒穩(wěn)定性和魯棒性能，并且能夠在發(fā)動機氣路部件故障的情況下依舊對真實發(fā)動機進行良好控制，保證發(fā)動機安全工作，充分發(fā)揮發(fā)動機的性能，提高飛機的安全性和性能。

本發(fā)明的技術方案為：

所述一種航空發(fā)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(fā)動機本體以及航空發(fā)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(fā)動機本體，傳感器得到航空發(fā)動機測量參數(shù)y；控制輸入向量u以及測量參數(shù)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(fā)動機的氣路部件故障情況得到航空發(fā)動機的健康參數(shù)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(fā)動機本體以及航空發(fā)動機上的若干傳感器還組成調度參數(shù)調度控制回路；由傳感器輸出調度參數(shù)α至二自由度μ控制器組容錯控制模塊；