[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

摘要

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。

主权项

1.一种航空发动机分布式控制系统多性能鲁棒跟踪控制方法，其特征在于：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；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：y_p(t)＝C_px_p(t)+D_pu_p(t).其中，x_p(t)＝[ΔN_L ΔH_H]^T为状态量，ΔN_L、ΔN_H为风扇转速和压气机转速增量；u_p(t)＝[ΔW_fb ΔA₈]^T为控制量，ΔW_fb、ΔA₈分别为主燃烧室供油量和喉道面积的增量；y_p(t)＝[ΔN_L Δπ]^T为输出量，Δπ为压气机转速增量和涡轮落压比增量，A_p，B_p，C_p，D_p是系统矩阵；步骤2)中所述建立的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的具体步骤如下：步骤2.1)采用状态反馈控制律传感器端到控制器端的时延记为τ_sc(t)，控制器端到执行机构端的时延记为τ_ca(t)，则被控对象的实际输入u_p(t)＝K_px_p(t‑d(t))其中，d(t)＝τ_sc(t)+τ_ca(t)，d(t)≤h，h是整个控制回路时变时延d(t)的最大值；步骤2.2)建立包含网络时延的发动机分布式控制系统动态模型：y_p(t)＝C_px_p(t)+D_pK_px_p(t‑d(t)).步骤2.3)进一步考虑不确定性因素，建立含不确定性的发动机分布式控制时延系统动态模型：y_p(t)＝C_px_p(t)+D_pK_px_p(t‑d(t)).其中，ΔA_p和ΔB_p是具有适当维数的不确定参数矩阵函数，表示了系统模型中的参数不确定性；假定所考虑的参数不确定性是范数有界的，且具有以下形式：[ΔA_p ΔB_p]＝F_p(t)[E_p1 E_p2]其中，E_p1和E_p2是具有适当维数的已知常数矩阵，它们反映了不确定性的结构信息，F_p(t)∈R^i×j是满足F_p^T(t)F_p(t)≤I的不确定参数矩阵；步骤3)中所述建立的包含跟踪误差积分的增广系统模型的具体形式如下：y(t)＝Cx(t)+DKx(t‑d(t)).其中，e_p(t)是跟踪误差，C＝[C_p 0]，D＝D_p，ΔB＝βF(t)B，α，β是常数，由不确定性ΔA、ΔB、不确定性参数矩阵F和系统输入矩阵ΔB决定，K＝[K_p K_e]；步骤4)中所述的依据多性能鲁棒控制器设计定理设计跟踪控制器的具体步骤如下：步骤4.1)，确定不确定性边界α，β；步骤4.2)，选取加权矩阵Q，R；步骤4.3)，给出时延上界h；步骤4.4)，定义变量矩阵γ＞0，ε＞0，L＝L^T＞0，W，步骤4.5)，利用Matlab中的LMI工具箱求解矩阵不等式：其中则u(t)＝WL^‑1x(t‑d(t))是发动机网络控制系统多性能鲁棒跟踪控制器。