[发明专利]一种航空发动机鲁棒跟踪控制器设计方法

说明书

本发明公开了一种航空发动机鲁棒跟踪控制器设计方法，是面向航空发动机及其控制系统中存在不确定性和噪声等问题的Leitmann鲁棒跟踪控制方法，包括：建立航空发动机标称状态变量模型；建立含有不确定性和噪声的航空发动机控制系统状态变量模型；建立基于参考模型的航空发动机跟踪控制系统动态模型；Leitmann鲁棒跟踪控制器设计。提出“一致跟踪有界”和“一致最终跟踪有界”的跟踪控制系统性能，提出了基于Leitmann控制器的鲁棒跟踪方法，克服了航空发动机控制系统中存在的噪声和不确定性等问题，满足系统的跟踪要求，保证了被控系统在发动机工作环境、工作状态、动态性能变化时仍然具有良好鲁棒性。

技术领域

本发明属于航空发动机控制技术领域，具体涉及一种航空发动机鲁棒跟踪控制器设计方法。

背景技术

近年来飞机性能指标不断提高，比如推重比、经济性和控制性能等，这对航空发动机也提出了更高的要求。为了获得更好的航空发动机控制性能，航空发动机控制系统控制量和被控量不断增加，系统也变得愈发复杂，这包括多控制输入多输出间的动态耦合，非线性变化的运行环境和运行状态(通常以转速表征)。考虑到控制器设计时，通常存在多个建模过程，如首先基于航空发动机气动热力学工作原理和试验数据建立非线性的部件级模型，随后根据该非线性部件级模型通过小扰动法、系统辨识等理论和方法建立用于控制器设计的线性模型。在这个过程中不可避免的存在建模误差。线化模型中参数的受到空气来流影响还有各个发动机之间存在的个体差异，航空发动机在运行过程中噪声额影响等。综上所及的非线性、建模误差、参数摄动、个体差异和噪声问题给航空发动机控制器设计者带来的挑战。

发动机控制系统除了面临上述来自环境和发动机自身的挑战外，随着飞机机动性要求提高，需要发动机机跟随飞行员操控提供更高动态、稳态性能的推力，意味着控制系统需要具有良好的动态指令跟踪特性

因此，针对上述航空发动机控制系统设计中面临的问题和需求，有必要发明一种新的航空发动机鲁棒跟踪控制方法，在克服非线性、建模误差、参数摄动、个体差异和噪声对控制系统影响的同时，保证被控系统具有良好的跟踪性能。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种基于Leitmann方法的航空发动机鲁棒跟踪控制器设计方法，将系统中非线性、建模误差、参数摄动、个体差异视为不确定性。针对噪声、不确定性，设计鲁棒跟踪控制器，保证被控系统在飞行包线内良好的跟踪性能、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：

一种航空发动机鲁棒跟踪控制器设计方法，包括以下步骤：

步骤1)建立航空发动机标称状态变量模型；

步骤2)建立包含噪声和不确定性的航空发动机控制系统状态变量模型；

步骤3)建立基于参考模型的航空发动机跟踪控制系统动态模型；

步骤4)设计Leitmann鲁棒跟踪控制器。

进一步的，所述步骤1)中建立航空发动机状态变量模型的具体步骤如下：

步骤1.1)，根据航空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，带加力双轴涡扇发动机模型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控制系统状态方程：

y_p(t)＝Cx_p(t)+Du_p(t).