[發明專利]一種基于控制器模糊切換的航空發動機喘振主動控制系統

有效

• 申請號: 202110625307.0
• 申請日: 2021-06-04
• 公開（公告）號: CN113279997B
• 公開（公告）日: 2022-04-12
• 發明（設計）人: 孫希明;全福祥;孫翀貽;馬艷華
• 申請（專利權）人: 大連理工大學
• 主分類號: F04D27/02
• 分類號: F04D27/02;F02C9/16
• 代理公司: 大連理工大學專利中心 21200
• 代理人: 李曉亮;潘迅

一種基于控制器模糊切換的航空發動機喘振主動控制系統，本發明基于模糊切換的原理，根據壓氣機的工作狀態，選擇當前狀態最為適合的基本控制器進行切換控制，能夠實現大范圍、自適應、性能優化的喘振主動控制。本發明所設計的控制器通過模糊切換的方式，實現大范圍的喘振主動控制，擴大控制器的有效工作范圍，提升控制器的可靠性；所設計的控制器可以適用于多種誘因導致的喘振的主動控制，提高控制器的自適應性，更接近發動機的實際工作情況；在控制器的設計過程中加入一定的優化指標，能夠實現在對應優化目標下的最優控制；可以在已有控制器的基礎上進行微小改動，即可達到所需要的控制效果，相比于已有的智能控制方法本發明更為簡便且更易于實施。

技術領域

本發明屬于航空發動機建模與控制領域，涉及一種基于控制器模糊切換的航空發動機喘振主動控制系統。

背景技術

當下，高性能航空發動機正朝著高推重比、高速度、高可靠性等方面發展，對壓氣機的氣動穩定性也提出了更高的要求。高性能發動機推重比的提高，導致壓氣機單級壓比提高，壓氣機負荷越來越高，使得航空發動機的氣動穩定性問題逐漸突出，成為限制發動機發展的重要因素之一。在傳統的壓氣機喘振控制方法中，其核心思想是在設計壓氣機工作點時，保證工作點處具有足夠的喘振裕度。這樣可以在壓氣機工作點處出現輕微擾動四，仍能夠保持在穩定工作空間內。這種方法可靠性較高，但在選取工作點時往往過于保守，是在犧牲發動機性能的前提下換取發動機穩定。此時，喘振主動控制方法的優越性就逐漸得以體現。

主動控制方法通過級前噴氣、調整放氣量等控制手段，抑制壓氣機喘振等失穩狀態的產生和發展，從而擴大發動機穩定工作范圍，使發動機的工作點移動到性能更高的位置。目前喘振主動控制方法可以分為以下三類：基于模態的控制方法、非線性控制方法、智能控制方法。這些方法都能夠在一定條件下抑制壓氣機喘振等失穩狀態的發生，但與傳統控制方法相比可靠性較低，如果控制器失效會直接導致喘振，這也是主動控制方法長時間沒有實際應用的原因之一。同時，目前的主動控制方法多只針對于一種失穩狀態或失穩誘因，不具有良好的自適應性；另外，大部分主動控制方法往往只針對于局部工作點進行設計，并不能夠實現大范圍的喘振主動控制。在目前已有的主動控制方法中，以能夠有效抑制喘振等失穩狀態為標準，并未考慮控制器采取動作后對發動機產生的性能損耗等，在同等性能下并未最優的控制策略。

發明內容

針對現有技術中，主動控制方法中可靠性低、自適應性不足、工作范圍小等問題，本發明提供一種基于控制器模糊切換的航空發動機喘振主動控制系統。

本發明采用的技術方案為：

一種基于控制器模糊切換的航空發動機喘振主動控制系統，該控制系統主要包括基本控制器設計模塊、模糊切換模塊、控制信號融合模塊三部分，其各部分設計過程包括以下步驟：

S1根據喘振主動控制中的穩定性需求，結合傳統的李雅普諾夫穩定性理論，設計N_c個基本控制器。其中，基本控制器用于產生本發明所設計的模糊切換控制器的基本控制信號u_base，上述控制信號將在后續步驟通過模糊切換，融合為控制器的實際控制信號u_out。其具體實現過程如下：

S1.1采用基于李雅普諾夫穩定性理論的模態控制方法設計N_c個基本控制器，且N_c不小于2。在每個基本控制器中，可分別使用壓氣機平均流量系數Φ與擾動一階模態A作為反饋量，確定反饋量與壓氣機所需控制量u_c的關系，即：

u_base，1＝k₁(Φ-Φ₀)

u_base，2＝k₂A

u_base，Nc＝k_Nc(-Φ+Φ₀+A)