航空发动机分布式时延系统鲁棒控制方法研究
发布时间：2017-04-01 12:12
本文关键词：航空发动机分布式时延系统鲁棒控制方法研究，由笔耕文化传播整理发布。
【摘要】：航空发动机分布式控制系统的发展带来优越性的同时也带来了新的问题,其中通信网络的时延是难点也是热点问题。本文以某型涡扇发动机为研究对象,展开面向分布式控制系统的鲁棒控制方法研究。根据航空发动机气动热力学特性得到航空法发动机非线性模型数据,应用小扰动拟合法求得航空发动机稳态平衡点的线性状态变量模型,保证其与非线性模型相比具有良好的精度,为后续鲁棒控制器设计奠定基础。考虑到分布式控制系统实际上是一种网络控制系统,首先在通信网络不变的前提下,假定本文研究的时延系统的时延条件,确定对时延的研究方向,建立该时延条件下的双时延的状态变量模型,选取含双积分形式的Lyapunov-Krasovskii泛函,通过不等式放缩、引入自由权矩阵等方法推导出时延相关的稳定性定理。考虑建模误差,建立含不确定性的网络控制系统状态变量模型。考虑系统动态性能与输入代价,设计了不确定网络时延系统最优保性能控制器。考虑系统抗干扰的能力,分别从连续系统和离散系统角度设计了网络时延系统H∞控制器。考虑系统不确定性,网络传输时延,系统动态性能,输入代价以及抗干扰能力,提出了不确定网络控制系统多性能控制器设计方法。为获得网络控制系统输出跟踪的控制器,采用状态反馈结合误差积分环节的跟踪控制律,在模型中增广跟踪误差积分,建立时延系统增广状态变量模型。将原系统的跟踪控制问题转化成保性能控制、H∞控制,或者多性能鲁棒控制设计问题。给定时延上界条件获得对应的控制器,对所求解的控制器进行跟踪控制仿真,使得系统具有良好的跟踪性能,调节时间小于2秒,无超调,稳态误差为零。
【关键词】：航空发动机 分布式控制系统 网络控制系统 稳定性分析 不确定性 保性能控制 H∞控制 输出跟踪
【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】：2016
【分类号】：V233.7
【目录】：
- 摘要4-5
- Abstract5-10
- 注释表10-11
- 缩略词11-12
- 第一章 绪论12-20
- 1.1 航空发动机分布式控制系统概述12-14
- 1.1.1 研究背景及研究现状12-13
- 1.1.2 系统结构13-14
- 1.2 网络控制系统相关问题14-17
- 1.2.1 网络控制系统中的网络时延14-16
- 1.2.2 网络时延系统稳定性研究16
- 1.2.3 网络控制系统鲁棒控制16-17
- 1.3 本文主要研究内容及章节安排17-20
- 1.3.1 主要研究内容17-18
- 1.3.2 本文章节安排18-20
- 第二章 航空发动机时延系统建模及稳定性分析20-35
- 2.1 航空发动机状态空间模型的建立20-30
- 2.1.1 偏导数法21-24
- 2.1.2 拟合法24-26
- 2.1.3 转速控制系统线性化建模26-30
- 2.2 基于时延的网络控制系统建模30-31
- 2.3 网络时延系统稳定性分析31-33
- 2.4 本章小结33-35
- 第三章 航空发动机网络时延系统保性能控制35-53
- 3.1 不确定网络控制系统保性能控制35-45
- 3.1.1 问题描述35-36
- 3.1.2 相关引理36
- 3.1.3 不确定网络控制系统保性能控制器设计36-41
- 3.1.4 不确定网络控制系统最优保性能控制器设计41-43
- 3.1.5 数值实例43-45
- 3.2 航空发动机网络控制系统最优保性能跟踪控制45-51
- 3.2.1 不确定网络控制系统跟踪控制方法45-48
- 3.2.2 航空发动机线性模型网络控制保性能跟踪控制48-49
- 3.2.3 航空发动机非线性模型网络控制保性能跟踪控制49-51
- 3.3 本章小结51-53
- 第四章 航空发动机时延系统多性能鲁棒控制53-69
- 4.1 不确定网络时延系统H￥鲁棒控制53-59
- 4.1.1 问题描述53
- 4.1.2 连续不确定网络控制系统H￥鲁棒控制器设计53-57
- 4.1.3 航空发动机不确定网络时延系统跟踪控制57-59
- 4.2 多性能鲁棒控制59-67
- 4.2.1 问题描述59-60
- 4.2.2 多性能鲁棒控制器设计60-65
- 4.2.3 多性能最优鲁棒控制65-66
- 4.2.4 航空发动机多性能最优鲁棒跟踪控制仿真66-67
- 4.3 本章小结67-69
- 第五章 航空发动机转速控制系统半物理仿真实验69-78
- 5.1 全数字仿真实验69-72
- 5.1.1 发动机转速系统跟踪控制器设计69
- 5.1.2 基于Labview的发动机转速控制系统69-70
- 5.1.3 发动机转速系统跟踪控制器全数字仿真结果70-72
- 5.2 硬件在回路仿真实验72-74
- 5.3 半物理仿真实验74-76
- 5.3.1 实验方案74-75
- 5.3.2 实验结果75-76
- 5.4 本章小结76-78
- 第六章 总结与展望78-80
- 6.1 本文主要工作总结78-79
- 6.2 展望79-80
- 参考文献80-84
- 致谢84-85
- 在学期间的研究成果及发表的学术论文85
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