航空发动机模糊鲁棒控制方法研究

发布时间：2020-04-08 01:53

【摘要】：随着现代先进航空发动机的发展,航空发动机的性能需求在不断提高,与之同时控制系统的性能指标也在不断增加。传统的模糊控制方法已经在航空发动机上开展了大量研究并取得了一系列优秀成果,但存在控制参数需要反复试验调节等问题,基于模糊模型的鲁棒控制能从理论上分析非线性对象的被控性能。基于以上考虑,本文开展基于航空发动机模糊模型的建模与控制方法研究。针对航空发动机的强非线性特征,利用小扰动法结合拟合法建立航空发动机稳态点的状态空间模型。采用模糊集描述发动机系统动态特性变化、噪声、扰动等不确定因素。设计基线鲁棒控制器以及不确定性补偿器,保证发动机模糊不确定系统一致有界、一致最终有界,并考虑模糊系统动态、稳态性能以及控制成本的综合性能指标最优。仿真结果表明被控系统稳定且有较好的鲁棒性。针对航空发动机的包线特性,提出基于T-S模糊模型的多变量建模方法。以飞行条件参数作为T-S模型的前件变量,状态空间模型作为后件变量,反映发动机动态特性随飞行条件的变化规律。而对于同一飞行条件,不同工况引起的模型特性变化考虑为系统结构参数的不确定性,建立航空发动机多变量不确定T-S模糊模型。进一步提出H_2/H_?鲁棒控制结合Leitamnn结构不确定性的控制方法设计航空发动机全包线鲁棒控制器,避免不确定复杂系统控制器参数难以求解的问题,同时依据非二次李亚普诺夫函数保证系统一致有界、一致最终有界性能,其比渐近稳定性能更为宽松,更符合工程实际。仿真结果表明包线内发动机稳定且有较好的控制品质。依据某型涡扇发动机节流状态控制计划,采用Labview搭建航空发动机全包线多变量控制平台进行数字仿真。在此基础上,接入真实控制器进行硬件在回路仿真测试。进一步开展半物理仿真,以电机转速和油泵模拟航空发动机的高压转子转速和主燃油供油,测试控制方法的实用性。仿真结果表明该控制器有一定的工程实用价值。比较数字仿真、硬件在环仿真以及半物理仿真的结果,分析产生差异的原因以便后续改进。
【图文】：

图 5.2 Labview 数字仿真操作界面0 50 100 150 200 250 300 3500.40.50.60.70.80.91.01.11.290 100 110 120 130 140 1500.800.850.900.951.00outputtime/snHrnHEPRrEPR（a）全包线节流状态跟踪效果0.240.280.32A8/(m)1.21.62.02.42.8fW/(kg/)s

w 双变量硬件在回路仿真试验中，控制器的子 vi 烧录到 CRIO 中，控制器与 PXI UDP 模块进行数据通信，其框架图如图 5.3 所示人机交互界面多变量鲁棒控制航空发动机模型航空发动机控制计划8,fW APLA,r H rEPR n, ,L Hn n EPR以太网图 5.4 Labview 硬件在环仿真原理图所示
【学位授予单位】：南京航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：V233.7

【参考文献】

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本文编号：2618715