[发明专利]一种改进的低选-高选限制保护控制方法

说明书

本发明公开了一种改进的低选‑高选限制保护控制方法，实现对航空发动机的限制保护控制作用。其作用是在一个输出变量接近限制值，对应的限制控制器将被激活，低选‑高选限制保护控制可以防止所选取的输出变量超过或低于限制值，同时控制发动机正常工作时或在发动机性能发生剧烈变化时不仅关注主燃油流量的变化情况，对其他即便不参与主控制过程的输出参数也进行控制，并考虑抗积分饱和策略，将最终输出与积分器输出做差进行反馈，当积分器的输出与最终输出不一致时，通过反馈，削弱积分的作用，从而输出能够及时跟随参考指令，达到改良动态性能的作用。

技术领域

本发明属于航空发动机控制律设计方法，具体地说是一种改进的低选-高选限制保护控制方法。

背景技术

航空发动机是强非线性、工作点大范围变化的复杂系统，且工作环境恶劣、条件苛刻，若不考虑将发动机关键特征参数控制在允许的限制范围内，比如高低压转子转速、压气机喘振裕度等，可能使发动机工作异常，甚至无法继续工作。因此，航空发动机需要一种良好的限制保护控制方法，在发动机具有良好性能指标的同时，关键特征参数也可以维持在允许的限制范围内，保证发动机安全工作。传统限制保护控制方法关注的被控参数较少，例如在转速闭环控制器的设计过程中，仅考虑了转速响应的时域性能指标，最后设计的控制器经过时域和频域验证，的确满足了性能指标。然而实际的发动机是一个多输入多输出的系统，在设计转速闭环控制器的过程中，并没有将发动机其他输出参数考虑进来，比如没有考虑涡轮前温度的变化情况，实际工作过程中，对涡轮前温度和其他参数都有一定的限制。同时控制系统的控制参数，是发动机的输入参数，在实际工作过程中，同样存在限制，比如燃油执行机构存在最大供油量的物理限制，这些限制都需要考虑进控制方法中。

多目标控制的低选-高选限制保护控制方法中，当低选选择器选择稳态控制器的输出作为最终输出即稳态控制器起作用时，限制控制器中包括的积分环节仍然会对输入偏差进行积分，从而造成超限。现在需要一种能够解决上述问题、理论可靠的限制保护控制方法。

发明内容

针对现有技术存在的以上缺陷，本发明提供了一种多目标控制、能保证控制量平滑切换、保证发动机性能并可解决因限制控制器中积分环节而出现超限问题的低选-高选限制保护控制方法

按照本发明提供的技术方案，所述一种改进的低选-高选限制保护控制方法，该方法包括以下步骤：

S1：输出主燃油量微分的控制器设计；

S2：面向多目标控制的多回路架构设计；

S3：基于限制计划的主燃油控制架构设计。

作为优选，所述输出主燃油量微分的控制器设计步骤具体为：将最终输出与积分器输出做差进行反馈，考虑抗积分饱和策略，当积分器的输出与最终输出不一致时，通过反馈，达到削弱积分的作用。

作为优选，所述面向多目标控制的多回路架构设计步骤具体为：根据限制特性和静态特性，基于部件级模型开展的动态特性辨识，获取发动机燃油-转速、燃油-压力和燃油-温度等增益系数以及发动机时间常数等特征参数；基于特征参数，获得发动机状态变量方程；基于状态变量方程获得相应回路传递函数等特征数据；基于不同回路，设计控制器参数；结合限制特性，包括针对仅低选、仅高选和低选-高选主燃油选择逻辑，设计多回路架构，保证发动机不超出安全工作边界。

作为优选，所述基于限制计划的主燃油控制架构设计步骤具体为：基于多目标控制的多回路架构，设计不同限制计划：基于低选、仅高选和低选-高选主燃油选择逻辑，采用选择器进行组合，获得主燃油控制方案。

本发明具有多回路架构，符合发动机多输入多输出的系统，各回路控制参数的独立设计可以确保各特征参数的控制效果，保证控制量平滑切换，保证发动机性能。同时解决限制保护器中积分环节可能导致超限的问题，控制各个重要特征参数在允许的限制范围内。

附图说明

图1为航空发动机带有抗积分饱和模块的主燃油高低选控制架构示意图。