[发明专利]航空发动机分布式控制系统多性能鲁棒跟踪控制方法

说明书

本发明公开了一种航空发动机分布式控制系统多性能鲁棒跟踪控制方法。该方法包括：建立发动机状态变量模型；建立含网络时延和不确定性的发动机分布式控制系统动态模型；建立含跟踪误差的增广系统模型；多性能鲁棒跟踪控制器设计。本发明克服了发动机分布式控制系统中面向时延、不确定性的传统控制方法只能实现保性能或抗干扰的局限，保证含时延的发动机分布式控制不确定性动态系统既具有良好的动静态性能、输入代价有限，又对系统不确定性和外部干扰具有给定的鲁棒性。

技术领域

本发明属于航空发动机控制领域，尤其涉及一种航空发动机分布式控制系统鲁棒控制方法。

背景技术

航空发动机分布式控制系统的结构灵活多样，但主要包括各类子系统控制器、智能传感器、智能执行机构和监控管理单元等智能节点，各智能子系统的控制单元通过数字通信总线与控制器、监控管理单元等进行数据传输和交换。相较于传统集中式发动机控制，分布式控制中各智能子系统具有不同程度的信号控制与处理功能，实现信号的现场处理或者小闭环控制。智能传感器中由基本功能单元感知温度、压力等控制系统所需物理量，智能单元对所感知获得对模拟量信号进行转换、调理、校正、诊断，然后通过总线接口单元将处理完毕对传感器数字信号通过总线网络传递给各控制器；智能执行机构同样在传统执行机构部件基础上增加了智能单元，智能单元中的总线接口实现接受由数字总线传输而来的控制器输出指令和智能传感器感受的发动机相应信号，完成其闭环控制、输出转换、调理、驱动，最终执行相应的控制任务。由控制器、智能传感器和智能执行机构形成最基础的发动机分布式控制系统闭环网络。

分布式控制系统通过一个通信网络把中央控制器和智能子系统单元相连接起来，各控制单元也通过该网络传输和交换数据以实现航空发动机各个节点位置的状态资源共享。正是通信总线和分布式概念的引入，使得发动机分布式控制系统结构灵活多变，这为发动机控制系统设计带来活力，同时也为设计者带来挑战。

网络数据传输中，存在不同程度的数据传输时延、掉包、错序等问题。对于发动机分布式控制这一类时间关键系统所采用的时间触发总线而有，掉包可以转换为时延问题。因而，网络时延成为分布式控制系统中不可回避的问题。网络时延可能使得发动机系统动态性能变差，甚至有可能导致系统不稳定。对于航空发动机分布式控制系统而言，除网络时延外，航空发动机作为复杂的气动热力机械系统，其工作环境、工作状态的复杂多变，生产安装过程中存在个体差异，这些都使得发动机特性存在强非线性和不确定性性，动态性能参数摄动，严重的参数间耦合和外界扰动。因此，有必要针对发动机分布式控制系统中的网络时延、不确定性、非线性和耦合等问题，设计一种航空发动机分布式控制系统多性能鲁棒跟踪控制方法。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种航空发动机分布式控制系统多性能鲁棒跟踪控制方法，针对网络时延，系统不确定性，同时保证系统的动态性能良好，输入代价较低以及一定的抗干扰能力。

技术方案：为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种航空发动机分布式控制系统多性能鲁棒跟踪控制方法，包括以下步骤：

步骤1)建立发动机状态变量模型；

步骤2)建立包含网络时延和不确定性的发动机分布式控制系统动态模型；

步骤3)建立含跟踪误差的增广系统模型；

步骤4)多性能鲁棒跟踪控制器设计。

进一步的，所述步骤1)中建立发动机状态变量模型的具体步骤如下：

步骤1.1)，根据双轴涡扇发动机气动热力学特性和典型部件特性数据建立发动机部件级模型，模型的主要部件包括进气道、风扇、压气机、燃烧室、高压涡轮、低压涡轮、混合室、加力燃烧室和尾喷管；

步骤1.2)，根据所建发动机部件级模型，采用小扰动法和拟合法建立发动机转速系统状态方程：