[發明專利]基于IMC-PID的航空發動機伺服控制器設計方法

在審

• 申請號: 202210371630.4
• 申請日: 2022-04-11
• 公開（公告）號: CN114755914A
• 公開（公告）日: 2022-07-15
• 發明（設計）人: 姚華;倪燁斌;仇小杰;陳杰;范白清;何健
• 申請（專利權）人: 中國航發控制系統研究所
• 主分類號: G05B11/42
• 分類號: G05B11/42
• 代理公司: 無錫市大為專利商標事務所(普通合伙) 32104
• 代理人: 陳麗麗;殷紅梅

本發明涉及航空發動機技術領域，具體公開了一種基于IMC?PID的航空發動機伺服控制器設計方法，其中，包括：建立二階伺服動態特征模型；根據所述二階伺服動態特征模型構建基本二自由度IMC控制構型；根據所述基本二自由度IMC控制構型進行控制結構的等效變換，得到IMC?PID控制結構，其中所述IMC?PID控制結構包括前向指令整定器和反饋變形PID內控制器；根據伺服穩態、動態及抗干擾性能約束條件依次完成反饋變形PID內控制器和前向指令整定器的參數設計，獲得初始IMC?PID伺服控制器；將所述初始IMC?PID伺服控制器進行抗積分飽和綜合處理，得到目標IMC?PID伺服控制器。本發明提供的基于IMC?PID的航空發動機伺服控制器設計方法提升了伺服控制的可靠性。

技術領域

本發明涉及航空發動機技術領域，尤其涉及一種基于IMC-PID的航空發動機伺服控制器設計方法。

背景技術

隨著航空技術的持續進步，先進飛機對動力系統的綜合性能要求持續提升；航空發動機伺服機構作為航空動力裝置的核心組件，通常需要適應高溫時變、大負載、強振動等惡劣工況，其閉環控制過程所表現的穩態、過渡態及時頻域控制特性將直接影響航空發動機的控制品質與飛行安全。當前階段，航空發動機伺服裝置普遍采用經典PID控制構型，這類常規控制結構一定程度上具有結構簡單、可靠性及魯棒性高的優點，相對技術成熟度高、應用廣泛；然而，這類算法通常基于試驗數據動態整定比例系數、積分時常數、微分時常數，其控制參數設計過程同被控對象特性的關系并不顯現；另外，常規PID控制結構本質上屬于單自由度控制器，單回路反饋結構使得其并不具備兼顧被控系統的抗干擾性能與指令跟隨性能；系統化顯現設計流程的缺失、干擾抑制性能與設定值跟隨性能的相互掣肘，使得常規控制結構難以持續滿足航空發動機對伺服控制性能的新要求。

作為當前研究的熱門領域，現代先進控制方法能夠很大程度上克服傳統PID控制算法缺陷，然而，這些方法通常過度依賴被控對象的模型置信度，或對硬軟件實時性、傳感器數量及精度要求過高，相對技術成熟度有限，長期缺乏完善的工程實踐指導。

因此，如何提供一種伺服控制方法以平衡經典與現代控制算法的缺點，提升控制可靠性成為本領域技術人員亟待解決的技術問題。

發明內容

本發明提供了一種基于IMC-PID的航空發動機伺服控制器設計方法，解決相關技術中存在的控制可靠性差的問題。

作為本發明的一個方面，提供一種基于IMC-PID的航空發動機伺服控制器設計方法，其中，包括：

建立二階伺服動態特征模型；

根據所述二階伺服動態特征模型構建基本二自由度IMC控制構型；

根據所述基本二自由度IMC控制構型進行控制結構的等效變換，得到IMC-PID控制結構，其中所述IMC-PID控制結構包括前向指令整定器和反饋變形PID內控制器；

根據伺服穩態、動態及抗干擾性能約束條件依次完成反饋變形PID內控制器和前向指令整定器的參數設計，獲得初始IMC-PID伺服控制器；

將所述初始IMC-PID伺服控制器進行抗積分飽和綜合處理，得到目標IMC-PID伺服控制器。

進一步地，建立二階伺服動態特征模型，包括：

將航空發動機伺服作動裝置構建為基于積分、慣性和時延為主導因素的二階伺服動態特征模型，并確定所述主導因素的特征參數，其中所述主導因素的特征參數包括伺服機構積分增益、伺服一階慣性時常數和伺服機構純時滯常數。

進一步地，所述二階伺服動態特征模型的表達式為：