涡扇发动机转速跟踪问题的建模与H_∞控制

发布时间：2018-08-26 18:37

【摘要】：航空发动机是强非线性复杂动力系统,在实际工作中往往会受到外界干扰信号或测量噪声的影响,使得转速很难跟踪到目标转速。同时,由于在飞行过程中,发动机各项参数的变化范围较大,采用传统方法设计单一的线性变参数控制器,很难保证在全飞行包线内系统的稳定性。然而,以航空发动机为研究对象,针对以上两点的相关研究鲜有报道。在本文中,采用切换控制理论及鲁棒控制中的H∞控制理论设计控制器来实现高压转轴转子转速的跟踪控制。首先,依据涡扇发动机的气体动力学原理和能量守恒定理,建立部件级模型,并通过构建共同工作方程,使得各个部件相互约束,发生联动效应。其次,利用牛顿-拉夫逊方法,求解非线性方程组,并在非线性模型的基础上,利用“抽功法”建立小偏离线性化模型。最后,为了便于仿真实现,对平衡流形展开模型进行离散化处理,建立离散的线性变参数系统,再选择合理的映射方式,使得模型更为准确地贴近原系统,保证模型精度。应用切换控制的思想,将原系统按高压转子转速的大小划分为若干个子系统,降低保守性,并采用滞后切换律,有效地提高了切换系统的性能,避免发生震颤。应用线性矩阵不等式求解出共同Lyapunov函数,并给出相应的定理和理论证明,保证切换系统的稳定性。应用H∞控制理论求解出带有参数依赖的输出反馈控制器,并在数值仿真实例中进行验证,同时将设计的控制器应用到某型号涡扇发动机模型中,结果表明在扰动信号存在的条件下,高压转子转速能够无差跟踪到目标转速,实现控制目标。
[Abstract]:Aeroengine is a strong nonlinear complex power system. In practice, it is often affected by external disturbance signal or measurement noise, which makes it difficult to track the target speed. At the same time, because of the large range of engine parameters in flight, it is difficult to ensure the stability of the system in the whole flight envelope by using the traditional method to design a single linear variable parameter controller. However, the aero-engine as the research object, the above two related studies are rarely reported. In this paper, the switching control theory and the H 鈭，

本文编号：2205805