航空發(fā)動機多變量魯棒控制方法研究.pdf

1、隨著現(xiàn)代飛機性能的不斷提高，對航空發(fā)動機提出了越來越多的機動性要求。然而航空發(fā)動機是一個復(fù)雜的、強非線性、多變量且時變的的氣動熱力學(xué)系統(tǒng)，如果沒有控制系統(tǒng)的保證，航空發(fā)動機根本達(dá)不到性能要求，甚至不能正常工作。為了保證航空發(fā)動機穩(wěn)定安全的工作并在任何條件下性能最佳，必須不斷深入研究航空發(fā)動機控制系統(tǒng)。目前國內(nèi)對于航空發(fā)動機控制的研究主要為兩變量控制，隨著發(fā)動機性能要求的不斷提高，顯然兩變量控制不足以使得發(fā)動機獲得滿意的性能，因此有必要增

2、加發(fā)動機的變量，使得發(fā)動機控制系統(tǒng)可以滿足更高的要求。此外，H∞魯棒控制以其能有效的處理模型不確定性和具有成熟的控制器設(shè)計算法并且設(shè)計的控制系統(tǒng)具有很好的魯棒性，是二十余年來控制理論研究的熱點，并取得了不少理論上和應(yīng)用上的成果。
　　本文以某型渦扇發(fā)動機作為被控對象，建立航空發(fā)動機的四變量模型，用H∞魯棒控制方法設(shè)計航空發(fā)動機控制系統(tǒng)，使其在不同飛行條件下的動態(tài)響應(yīng)達(dá)到性能指標(biāo)要求。論文的主要研究工作如下：
　　1、對航空發(fā)

3、動機部件級模型程序進行分析，熟悉發(fā)動機各部件的工作過程并確定發(fā)動機的飛行包線。針對航空發(fā)動機的參數(shù)很多，用不同的參數(shù)組合設(shè)計的控制系統(tǒng)性能存在很大差異，在考慮發(fā)動機動力負(fù)荷和熱負(fù)荷的前提下，在充分利用可調(diào)變量及變量應(yīng)便于測量的條件下，依據(jù)航空發(fā)動機工作機理及變量選擇的一般原則，選取航空發(fā)動機的四輸入/輸出以及狀態(tài)變量。在飛行包線內(nèi)，采用選取的變量，利用改進后的最小二乘擬合法，建立航空發(fā)動機四變量小偏差狀態(tài)變量模型，擬合曲線表明所建模型具

4、有較高精度。通過對模型的分析說明了控制器設(shè)計的必要性，并分析了模型的不確定性。
　　2、考慮到航空發(fā)動機模型不確定性以及飛行過程中遇到的各種不確定性干擾，采用H∞混合靈敏度設(shè)計方法設(shè)計航空發(fā)動機H∞ 魯棒控制器。通過反復(fù)試驗選取加權(quán)陣。對標(biāo)稱點及整個飛行包線內(nèi)的點進行仿真驗證，結(jié)果表明這種方法可以使控制系統(tǒng)具有很好的魯棒穩(wěn)定性及魯棒性能，系統(tǒng)各項性能指標(biāo)均可達(dá)到要求。對系統(tǒng)的奇異值進行分析，表明系統(tǒng)有較強的抑制干擾能力。
　

5、　3、H∞控制器的性能主要取決于加權(quán)陣，針對加權(quán)陣的選取對設(shè)計者的經(jīng)驗有較強依賴性的弊端，采用基于遺傳算法的H∞控制器設(shè)計方法設(shè)計航空發(fā)動機H∞魯棒控制器。根據(jù)航空發(fā)動機控制系統(tǒng)的性能指標(biāo)要求計算目標(biāo)函數(shù)，通過遺傳算法對加權(quán)陣的參數(shù)進行優(yōu)化，解決了通過反復(fù)試驗選取加權(quán)陣費力耗時的不足。對標(biāo)稱點及整個飛行包線內(nèi)的點進行仿真驗證，結(jié)果表明這種方法可以使控制系統(tǒng)具有很好的魯棒穩(wěn)定性和魯棒性能，系統(tǒng)各項性能指標(biāo)均可達(dá)到要求。對系統(tǒng)的奇異值進行分