[發明專利]一種航空發動機非線性控制方法及系統

有效

• 申請號: 202111072293.0
• 申請日: 2021-09-14
• 公開（公告）號: CN113741195B
• 公開（公告）日: 2023-09-08
• 發明（設計）人: 劉利軍;蘇嘉偉;余臻
• 申請（專利權）人: 廈門大學;廈門大學深圳研究院
• 主分類號: G05B13/04
• 分類號: G05B13/04
• 代理公司: 廈門原創專利事務所(普通合伙) 35101
• 代理人: 魏思凡

本發明提供了一種航空發動機非線性控制方法及系統，所述控制方法包括如下步驟：S1，建立航空發動機在巡航階段時的雙變量多輸入狀態空間模型；S2，通過所述雙變量多輸入狀態空間模型構建基于NMPC的非線性控制器；S3，基于所述非線性控制器控制所述航空發動機的燃油流量、可調靜子葉片位置以及可變排氣閥位置。本發明將NMPC非線性控制器技術應用于航空發動機巡航階段，并對發動機的燃油流量、可調靜子葉片位置和可變排氣閥進行控制，大幅提高了航空發動機的控制精度，減少超調量。

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非線性控制方法及系統。

背景技術

航空發動機是強非線性、工作點大范圍變化的復雜系統，其工作過程受各種約束的限制，包括機械約束如轉速，熱動約束如壓強及溫度，安全穩定工作過程約束如喘振裕度、燃燒室熄火限制等。目前工程上廣泛將航空發動機飛行包線分為幾十個區域，對于每個區域選擇一個或若干個穩定工作點進行線性化，針對線性化模型設計控制器，并通過增益調度技術對控制器進行集成設計。工作點的數目取決于航空發動機的復雜性、非線性以及物理作用。隨著航空發動機性能的提升，其非線性日益突出，工作點數目過多導致調度系統的設計過于復雜。針對控制系統的參數和工況偏離設計工作點的情況，一般結合魯棒控制，將參數的不確定變化當作相對于基準模型的攝動，很少對系統的非線性進行建模研究，往往對這種不確定性范圍的估計過于保守，導致系統性能的下降，而隨著新一代航空發動機技術的不斷提高，對于發動機控制系統的性能要求也越來越高。顯然線性化并不能滿足對控制性能的要求。

近年來，出現了基于非線性模型預測控制(Non-linear?model?predictivecontrol，NMPC)的非線性控制方法。基于NMPC的非線性控制方法已經應用于移動機器人實時路徑跟蹤控制、變風量空調控制系統智能車路徑跟蹤以及繩系系統系繩擺振控制等領域，而少有將非線性模型預測控制應用在航空發動機控制系統。

發明內容

本發明提供了一種航空發動機非線性控制方法及系統，可以有效解決上述問題。

本發明是這樣實現的：一種航空發動機非線性控制方法，包括如下步驟：

S1，建立航空發動機在巡航階段時的雙變量多輸入狀態空間模型；

S2，通過所述雙變量多輸入狀態空間模型構建基于NMPC的非線性控制器；

S3，基于所述非線性控制器控制所述航空發動機的燃油流量、可調靜子葉片位置以及可變排氣閥位置。

作為進一步改進的，在步驟S1中，所述建立航空發動機在巡航階段時的雙變量多輸入狀態空間模型的步驟包括：

S11，建立發動機部件級模型；

S12，對所述發動機部件級模型進行歸一化處理，得到歸一化處理后的發動機部件級模型；

S13，對所述歸一化處理后的發動機部件級模型采用系統辨識建立雙變量多輸入歸一化狀態空間模型；

S14，對所述雙變量多輸入歸一化狀態空間模型進行反歸一化，得到所述雙變量多輸入狀態空間模型。

作為進一步改進的，在步驟S12中，所述對所述發動機部件級模型進行歸一化處理，得到歸一化處理后的發動機部件級模型通過如下公式獲得：