[发明专利]基于IMC-PID的航空发动机伺服控制器设计方法

权利要求书

1.一种基于IMC-PID的航空发动机伺服控制器设计方法，其特征在于，包括：

建立二阶伺服动态特征模型；

根据所述二阶伺服动态特征模型构建基本二自由度IMC控制构型；

根据所述基本二自由度IMC控制构型进行控制结构的等效变换，得到IMC-PID控制结构，其中所述IMC-PID控制结构包括前向指令整定器和反馈变形PID内控制器；

根据伺服稳态、动态及抗干扰性能约束条件依次完成反馈变形PID内控制器和前向指令整定器的参数设计，获得初始IMC-PID伺服控制器；

将所述初始IMC-PID伺服控制器进行抗积分饱和综合处理，得到目标IMC-PID伺服控制器。

2.根据权利要求1所述的基于IMC-PID的航空发动机伺服控制器设计方法，其特征在于，建立二阶伺服动态特征模型，包括：

将航空发动机伺服作动装置构建为基于积分、惯性和时延为主导因素的二阶伺服动态特征模型，并确定所述主导因素的特征参数，其中所述主导因素的特征参数包括伺服机构积分增益、伺服一阶惯性时常数和伺服机构纯时滞常数。

3.根据权利要求2所述的基于IMC-PID的航空发动机伺服控制器设计方法，其特征在于，所述二阶伺服动态特征模型的表达式为：

其中，K_ac表示伺服机构积分增益，T_s表示伺服一阶惯性时常数，τ表示伺服机构纯时滞常数，ΔI表示伺服控制电流增量，ΔX表示伺服作动位移增量，s表示传递函数微分因子，G_ACT表示二阶伺服动态特征模型。

4.根据权利要求1所述的基于IMC-PID的航空发动机伺服控制器设计方法，其特征在于，根据所述二阶伺服动态特征模型构建基本二自由度IMC控制构型，包括：

将所述二阶伺服动态特征模型作为内模控制过程的内部模型；

根据所述内部模型确定前向滤波器和反馈滤波器；

根据所述前向滤波器、反馈滤波器以及所述内部模型确定前向内模控制器和反馈内模控制器。

5.根据权利要求4所述的基于IMC-PID的航空发动机伺服控制器设计方法，其特征在于，根据所述内部模型确定前向滤波器和反馈滤波器，包括：

将所述内部模型进行结构分解获得全通部分和最小相位部分；

基于所述最小相位部分的系统2阶次，引入前向滤波器和反馈滤波器，其中所述前向滤波器F₁的表达式为：

所述反馈滤波器F₂的表达式为：

其中，k₁表示前向滤波器待整定的可调参数，k₂表示反馈滤波器待整定的可调参数，s表示传递函数微分因子，τ表示伺服机构纯时滞常数。

6.根据权利要求5所述的基于IMC-PID的航空发动机伺服控制器设计方法，其特征在于，根据所述前向滤波器、反馈滤波器以及所述内部模型确定前向内模控制器和反馈内模控制器，包括：

根据所述前向滤波器和所述最小相位部分确定前向内模控制器，其中所述前向内模控制器Q₁的表达式为：

其中，表示所述最小相位部分；

根据所述反馈滤波器和所述最小相位部分确定反馈内模控制器，其中所述反馈内模控制器Q₂的表达式为：