[發明專利]輸入受限航空發動機增益調度容錯控制器

在審

• 申請號: 202010544561.3
• 申請日: 2020-06-15
• 公開（公告）號: CN111608808A
• 公開（公告）日: 2020-09-01
• 發明（設計）人: 孫楚佳;緱林峰;劉志丹;蔣宗霆
• 申請（專利權）人: 西北工業大學
• 主分類號: F02C9/00
• 分類號: F02C9/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.一種輸入受限航空發動機增益調度容錯控制器，其特征在于：包括PID控制器組容錯控制模塊、輸入限制模塊和氣路部件故障診斷模塊；

其中PID控制器組容錯控制模塊、輸入限制模塊、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PID控制器組容錯控制模塊產生控制向量v并輸出給輸入限制模塊，輸入限制模塊產生限制后的控制輸入向量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PID控制器組容錯控制模塊；

PID控制器組容錯控制模塊、輸入限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PID控制器組容錯控制模塊；

所述輸入限制模塊限制了控制輸入向量的幅值，避免給發動機過大的控制輸入導致發動機損壞；

所述PID控制器組容錯控制模塊內設計有若干PID控制器，所述PID控制器是利用若干線性化模型而分別設計得到的，所述線性化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得到的；

所述PID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PID控制器計算得到適應的PID控制器，該PID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。

2.根據權利要求1所述一種輸入受限航空發動機增益調度容錯控制器，其特征在于：所述PID控制器組容錯控制模塊內設計若干PID控制器的過程為：在全飛行包線內根據調度參數α選取q個工作點對包含健康參數的發動機非線性模型進行線性化得到q個含有健康參數的線性化模型，通過調整健康參數的值，得到分別在發動機無氣路部件故障和特定氣路部件故障處的11q個線性化模型，并對這11q個線性化模型分別設計相應的PID控制器從而組成PID控制器組。

3.根據權利要求1或2所述一種輸入受限航空發動機增益調度容錯控制器，其特征在于：所述PID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PID控制器。

根據權利要求3所述一種輸入受限航空發動機增益調度容錯控制器，其特征在于：所述PID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，即Δh_{base_j}表示10種不同的部件故障，例如Δh_{base_1}表示風扇發生了故障且風扇的效率變化量為Δh_base。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(健康參數為h)下的PID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PID控制器K(α)。