航空發(fā)動(dòng)機(jī)多變量魯棒控制方法研究.pdf

1、隨著現(xiàn)代飛機(jī)性能的不斷提高，對(duì)航空發(fā)動(dòng)機(jī)提出了越來(lái)越多的機(jī)動(dòng)性要求。然而航空發(fā)動(dòng)機(jī)是一個(gè)復(fù)雜的、強(qiáng)非線(xiàn)性、多變量且時(shí)變的的氣動(dòng)熱力學(xué)系統(tǒng)，如果沒(méi)有控制系統(tǒng)的保證，航空發(fā)動(dòng)機(jī)根本達(dá)不到性能要求，甚至不能正常工作。為了保證航空發(fā)動(dòng)機(jī)穩(wěn)定安全的工作并在任何條件下性能最佳，必須不斷深入研究航空發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)。目前國(guó)內(nèi)對(duì)于航空發(fā)動(dòng)機(jī)控制的研究主要為兩變量控制，隨著發(fā)動(dòng)機(jī)性能要求的不斷提高，顯然兩變量控制不足以使得發(fā)動(dòng)機(jī)獲得滿(mǎn)意的性能，因此有必要增

2、加發(fā)動(dòng)機(jī)的變量，使得發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)可以滿(mǎn)足更高的要求。此外，H∞魯棒控制以其能有效的處理模型不確定性和具有成熟的控制器設(shè)計(jì)算法并且設(shè)計(jì)的控制系統(tǒng)具有很好的魯棒性，是二十余年來(lái)控制理論研究的熱點(diǎn)，并取得了不少理論上和應(yīng)用上的成果。
　　本文以某型渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)作為被控對(duì)象，建立航空發(fā)動(dòng)機(jī)的四變量模型，用H∞魯棒控制方法設(shè)計(jì)航空發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)，使其在不同飛行條件下的動(dòng)態(tài)響應(yīng)達(dá)到性能指標(biāo)要求。論文的主要研究工作如下：
　　1、對(duì)航空發(fā)

3、動(dòng)機(jī)部件級(jí)模型程序進(jìn)行分析，熟悉發(fā)動(dòng)機(jī)各部件的工作過(guò)程并確定發(fā)動(dòng)機(jī)的飛行包線(xiàn)。針對(duì)航空發(fā)動(dòng)機(jī)的參數(shù)很多，用不同的參數(shù)組合設(shè)計(jì)的控制系統(tǒng)性能存在很大差異，在考慮發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力負(fù)荷和熱負(fù)荷的前提下，在充分利用可調(diào)變量及變量應(yīng)便于測(cè)量的條件下，依據(jù)航空發(fā)動(dòng)機(jī)工作機(jī)理及變量選擇的一般原則，選取航空發(fā)動(dòng)機(jī)的四輸入/輸出以及狀態(tài)變量。在飛行包線(xiàn)內(nèi)，采用選取的變量，利用改進(jìn)后的最小二乘擬合法，建立航空發(fā)動(dòng)機(jī)四變量小偏差狀態(tài)變量模型，擬合曲線(xiàn)表明所建模型具

4、有較高精度。通過(guò)對(duì)模型的分析說(shuō)明了控制器設(shè)計(jì)的必要性，并分析了模型的不確定性。
　　2、考慮到航空發(fā)動(dòng)機(jī)模型不確定性以及飛行過(guò)程中遇到的各種不確定性干擾，采用H∞混合靈敏度設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)航空發(fā)動(dòng)機(jī)H∞ 魯棒控制器。通過(guò)反復(fù)試驗(yàn)選取加權(quán)陣。對(duì)標(biāo)稱(chēng)點(diǎn)及整個(gè)飛行包線(xiàn)內(nèi)的點(diǎn)進(jìn)行仿真驗(yàn)證，結(jié)果表明這種方法可以使控制系統(tǒng)具有很好的魯棒穩(wěn)定性及魯棒性能，系統(tǒng)各項(xiàng)性能指標(biāo)均可達(dá)到要求。對(duì)系統(tǒng)的奇異值進(jìn)行分析，表明系統(tǒng)有較強(qiáng)的抑制干擾能力。
　

5、　3、H∞控制器的性能主要取決于加權(quán)陣，針對(duì)加權(quán)陣的選取對(duì)設(shè)計(jì)者的經(jīng)驗(yàn)有較強(qiáng)依賴(lài)性的弊端，采用基于遺傳算法的H∞控制器設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)航空發(fā)動(dòng)機(jī)H∞魯棒控制器。根據(jù)航空發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)的性能指標(biāo)要求計(jì)算目標(biāo)函數(shù)，通過(guò)遺傳算法對(duì)加權(quán)陣的參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，解決了通過(guò)反復(fù)試驗(yàn)選取加權(quán)陣費(fèi)力耗時(shí)的不足。對(duì)標(biāo)稱(chēng)點(diǎn)及整個(gè)飛行包線(xiàn)內(nèi)的點(diǎn)進(jìn)行仿真驗(yàn)證，結(jié)果表明這種方法可以使控制系統(tǒng)具有很好的魯棒穩(wěn)定性和魯棒性能，系統(tǒng)各項(xiàng)性能指標(biāo)均可達(dá)到要求。對(duì)系統(tǒng)的奇異值進(jìn)行分