[發(fā)明專利]航空發(fā)動(dòng)機(jī)伺服控制系統(tǒng)組合狀態(tài)自適應(yīng)估計(jì)方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202111488382.3
• 申請(qǐng)日: 2021-12-07
• 公開（公告）號(hào): CN114265368B
• 公開（公告）日: 2023-07-25
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王元;季春生;盧俊杰
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)航發(fā)控制系統(tǒng)研究所
• 主分類號(hào): G05B19/414
• 分類號(hào): G05B19/414
• 代理公司: 無(wú)錫市大為專利商標(biāo)事務(wù)所(普通合伙) 32104
• 代理人: 陳麗麗;殷紅梅

本發(fā)明涉及航空發(fā)動(dòng)機(jī)伺服系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域，具體公開了一種航空發(fā)動(dòng)機(jī)伺服控制系統(tǒng)組合狀態(tài)自適應(yīng)估計(jì)方法，其中，包括：根據(jù)實(shí)時(shí)監(jiān)控到的伺服輸入電流和作動(dòng)位移信號(hào)確定航空發(fā)動(dòng)機(jī)伺服作動(dòng)機(jī)構(gòu)的當(dāng)前作動(dòng)狀態(tài)；當(dāng)當(dāng)前作動(dòng)狀態(tài)為穩(wěn)態(tài)作動(dòng)模式時(shí)，根據(jù)濾波狀態(tài)估計(jì)器估計(jì)平衡電流；當(dāng)當(dāng)前作動(dòng)狀態(tài)為動(dòng)態(tài)作動(dòng)模式時(shí)，根據(jù)快速軌跡擬合的方式估計(jì)伺服作動(dòng)增益和作動(dòng)時(shí)間延遲；根據(jù)當(dāng)前歷史性能存儲(chǔ)模塊中的性能特性數(shù)據(jù)評(píng)估穩(wěn)態(tài)作動(dòng)模式下輸出的平衡電流的置信度以及評(píng)估動(dòng)態(tài)作動(dòng)模式下輸出的伺服作動(dòng)增益和作動(dòng)時(shí)間延遲的置信度。本發(fā)明提供的航空發(fā)動(dòng)機(jī)伺服控制系統(tǒng)組合狀態(tài)自適應(yīng)估計(jì)方法能夠提高發(fā)動(dòng)機(jī)控制安全性。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及航空發(fā)動(dòng)機(jī)伺服系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種航空發(fā)動(dòng)機(jī)伺服控制系統(tǒng)組合狀態(tài)自適應(yīng)估計(jì)方法。

背景技術(shù)

航空發(fā)動(dòng)機(jī)伺服系統(tǒng)是發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)的重要組成部分，其主要功能是基于控制系統(tǒng)指令激勵(lì)調(diào)節(jié)燃油、導(dǎo)葉或噴管等伺服機(jī)構(gòu)位移，從而改變發(fā)動(dòng)機(jī)燃油流量、導(dǎo)葉角度或噴管面積等，實(shí)現(xiàn)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)狀態(tài)的調(diào)節(jié)，因此伺服系統(tǒng)性能直接影響發(fā)動(dòng)機(jī)的控制品質(zhì)，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)安全穩(wěn)定控制至關(guān)重要。

由于航空發(fā)動(dòng)機(jī)伺服系統(tǒng)長(zhǎng)期工作在高溫、高壓、大負(fù)載環(huán)境下，隨著使用時(shí)間延長(zhǎng)，伺服機(jī)構(gòu)內(nèi)部的污染磨損等因素將導(dǎo)致伺服作動(dòng)特性發(fā)生不同程度的退化，如主燃油和導(dǎo)葉伺服機(jī)構(gòu)平衡電流漂移、伺服驅(qū)動(dòng)增益變小、作動(dòng)時(shí)間延遲變長(zhǎng)等，伺服機(jī)構(gòu)的可靠性乃至使用壽命隨著作動(dòng)特性的退化而降低，伺服控制回路的控制性能隨之下降，最終影響發(fā)動(dòng)機(jī)控制的安全穩(wěn)定性。

當(dāng)伺服系統(tǒng)處于離線狀態(tài)時(shí)，采用特定開環(huán)或閉環(huán)特性辨識(shí)試驗(yàn)，結(jié)合對(duì)伺服油壓、油溫、作動(dòng)位移等信號(hào)的控制和監(jiān)測(cè)，可以有效辨識(shí)伺服系統(tǒng)特性參數(shù)，包括伺服平衡電流、伺服作動(dòng)增益、作動(dòng)延遲等，建立精確的伺服模型，用于伺服系統(tǒng)檢驗(yàn)及伺服控制器設(shè)計(jì)；但當(dāng)伺服系統(tǒng)安裝于航空發(fā)動(dòng)機(jī)上時(shí)，由于使用環(huán)境和安裝條件的限制，只能在線獲取位移傳感器測(cè)量的作動(dòng)筒位移信號(hào)，此時(shí)可測(cè)信號(hào)數(shù)目少于伺服機(jī)構(gòu)特性參數(shù)數(shù)目，難以通過(guò)傳統(tǒng)的狀態(tài)估計(jì)器完整精確的估計(jì)伺服系統(tǒng)實(shí)時(shí)特性，對(duì)航空發(fā)動(dòng)機(jī)安全穩(wěn)定控制構(gòu)成不確定性風(fēng)險(xiǎn)。

在傳統(tǒng)的航空發(fā)動(dòng)機(jī)伺服控制設(shè)計(jì)中，為包容伺服系統(tǒng)在服役過(guò)程中的性能退化造成的不確定性影響，通常預(yù)留一定的控制裕度，犧牲部分作動(dòng)帶寬而增強(qiáng)伺服控制穩(wěn)定性，以確保發(fā)動(dòng)機(jī)更長(zhǎng)時(shí)間的安全穩(wěn)定控制，并通過(guò)定期維護(hù)保障伺服系統(tǒng)使用過(guò)程中的可靠性。但由于發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行環(huán)境差異及控制裝置伺服系統(tǒng)個(gè)體差異，伺服系統(tǒng)的性能退化速度難以簡(jiǎn)單預(yù)測(cè)，若伺服系統(tǒng)發(fā)生超預(yù)期退化時(shí)，維護(hù)人員往往只能在安全隱患產(chǎn)生后通過(guò)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)控制異常數(shù)據(jù)分析及對(duì)伺服系統(tǒng)拆解檢修才能發(fā)現(xiàn)問(wèn)題。

隨著自適應(yīng)控制方法在工業(yè)領(lǐng)域的逐步成熟應(yīng)用，模型參考自適應(yīng)控制、預(yù)測(cè)控制等先進(jìn)控制方法也被逐漸應(yīng)用于伺服控制領(lǐng)域，并在一些領(lǐng)域取得了良好效果。這類控制方法主要通過(guò)模型預(yù)測(cè)與自適應(yīng)修正的方式補(bǔ)償外部負(fù)載或內(nèi)部增益變化造成的控制性能偏差，使伺服系統(tǒng)在性能偏移的情況下仍能達(dá)到期望控制效果。但在航空發(fā)動(dòng)機(jī)中，由于伺服結(jié)構(gòu)和工作環(huán)境的復(fù)雜性，發(fā)動(dòng)機(jī)伺服控制性能的偏差來(lái)源除外部負(fù)載和內(nèi)部增益變化外，也可能來(lái)源于平衡電流的漂移或伺服作動(dòng)延遲，而這些造成控制偏差的實(shí)際因素對(duì)應(yīng)的控制補(bǔ)償手段并不相同甚至截然相反，在只有伺服位移信號(hào)的情況下難以有效定位控制偏差原因，也就難以取得期望的自適應(yīng)控制效果。因此，如何提供一種能夠在僅有伺服位移傳感器測(cè)量信號(hào)的情況下，有效辨識(shí)伺服系統(tǒng)關(guān)鍵狀態(tài)參數(shù)并跟蹤狀態(tài)性能趨勢(shì)以提高發(fā)動(dòng)機(jī)控制安全性的在線自適應(yīng)估計(jì)方法成為本領(lǐng)域技術(shù)人員亟待解決的技術(shù)問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供了一種航空發(fā)動(dòng)機(jī)伺服控制系統(tǒng)組合狀態(tài)自適應(yīng)估計(jì)方法，解決相關(guān)技術(shù)中存在的缺乏發(fā)動(dòng)機(jī)控制安全性的在線自適應(yīng)估計(jì)方法的問(wèn)題。

作為本發(fā)明的一個(gè)方面，提供一種航空發(fā)動(dòng)機(jī)伺服控制系統(tǒng)組合狀態(tài)自適應(yīng)估計(jì)方法，其中，用于實(shí)現(xiàn)伺服特性參數(shù)的估計(jì)，所述伺服特性參數(shù)包括伺服作動(dòng)增益、平衡電流和作動(dòng)時(shí)間延遲，所述方法包括：