[發明專利]一種改進的低選-高選限制保護控制方法

在審

• 申請號: 202210457574.6
• 申請日: 2022-04-28
• 公開（公告）號: CN114740761A
• 公開（公告）日: 2022-07-12
• 發明（設計）人: 鄒濤;葉兵清;齊長城;于兵
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: G05B17/02
• 分類號: G05B17/02;B64F5/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明公開了一種改進的低選?高選限制保護控制方法，實現對航空發動機的限制保護控制作用。其作用是在一個輸出變量接近限制值，對應的限制控制器將被激活，低選?高選限制保護控制可以防止所選取的輸出變量超過或低于限制值，同時控制發動機正常工作時或在發動機性能發生劇烈變化時不僅關注主燃油流量的變化情況，對其他即便不參與主控制過程的輸出參數也進行控制，并考慮抗積分飽和策略，將最終輸出與積分器輸出做差進行反饋，當積分器的輸出與最終輸出不一致時，通過反饋，削弱積分的作用，從而輸出能夠及時跟隨參考指令，達到改良動態性能的作用。

技術領域

本發明屬于航空發動機控制律設計方法，具體地說是一種改進的低選-高選限制保護控制方法。

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，且工作環境惡劣、條件苛刻，若不考慮將發動機關鍵特征參數控制在允許的限制范圍內，比如高低壓轉子轉速、壓氣機喘振裕度等，可能使發動機工作異常，甚至無法繼續工作。因此，航空發動機需要一種良好的限制保護控制方法，在發動機具有良好性能指標的同時，關鍵特征參數也可以維持在允許的限制范圍內，保證發動機安全工作。傳統限制保護控制方法關注的被控參數較少，例如在轉速閉環控制器的設計過程中，僅考慮了轉速響應的時域性能指標，最后設計的控制器經過時域和頻域驗證，的確滿足了性能指標。然而實際的發動機是一個多輸入多輸出的系統，在設計轉速閉環控制器的過程中，并沒有將發動機其他輸出參數考慮進來，比如沒有考慮渦輪前溫度的變化情況，實際工作過程中，對渦輪前溫度和其他參數都有一定的限制。同時控制系統的控制參數，是發動機的輸入參數，在實際工作過程中，同樣存在限制，比如燃油執行機構存在最大供油量的物理限制，這些限制都需要考慮進控制方法中。

多目標控制的低選-高選限制保護控制方法中，當低選選擇器選擇穩態控制器的輸出作為最終輸出即穩態控制器起作用時，限制控制器中包括的積分環節仍然會對輸入偏差進行積分，從而造成超限。現在需要一種能夠解決上述問題、理論可靠的限制保護控制方法。

發明內容

針對現有技術存在的以上缺陷，本發明提供了一種多目標控制、能保證控制量平滑切換、保證發動機性能并可解決因限制控制器中積分環節而出現超限問題的低選-高選限制保護控制方法

按照本發明提供的技術方案，所述一種改進的低選-高選限制保護控制方法，該方法包括以下步驟：

S1：輸出主燃油量微分的控制器設計；

S2：面向多目標控制的多回路架構設計；

S3：基于限制計劃的主燃油控制架構設計。

作為優選，所述輸出主燃油量微分的控制器設計步驟具體為：將最終輸出與積分器輸出做差進行反饋，考慮抗積分飽和策略，當積分器的輸出與最終輸出不一致時，通過反饋，達到削弱積分的作用。

作為優選，所述面向多目標控制的多回路架構設計步驟具體為：根據限制特性和靜態特性，基于部件級模型開展的動態特性辨識，獲取發動機燃油-轉速、燃油-壓力和燃油-溫度等增益系數以及發動機時間常數等特征參數；基于特征參數，獲得發動機狀態變量方程；基于狀態變量方程獲得相應回路傳遞函數等特征數據；基于不同回路，設計控制器參數；結合限制特性，包括針對僅低選、僅高選和低選-高選主燃油選擇邏輯，設計多回路架構，保證發動機不超出安全工作邊界。

作為優選，所述基于限制計劃的主燃油控制架構設計步驟具體為：基于多目標控制的多回路架構，設計不同限制計劃：基于低選、僅高選和低選-高選主燃油選擇邏輯，采用選擇器進行組合，獲得主燃油控制方案。

本發明具有多回路架構，符合發動機多輸入多輸出的系統，各回路控制參數的獨立設計可以確保各特征參數的控制效果，保證控制量平滑切換，保證發動機性能。同時解決限制保護器中積分環節可能導致超限的問題，控制各個重要特征參數在允許的限制范圍內。

附圖說明

圖1為航空發動機帶有抗積分飽和模塊的主燃油高低選控制架構示意圖。