[发明专利]单旋翼直升机/涡轴发动机综合抗扰控制系统设计方法

说明书

技术领域

本发明属于航空宇航推进理论与工程中的系统控制与仿真领域，具体涉及一种单旋翼直升机/涡轴发动机综合抗扰控制系统设计方法。

背景技术

直升机这个十分复杂的多变量非线性对象，其动力学即使是在小范围的平衡点附件，也表现为非稳定、非最小相位特性，因而随着军用直升机对机动性要求的不断提高，以往传统的控制算法如PID控制、LQR控制、H∞控制等已经远远不能满足需求。近年来，随着现代鲁棒控制、自适应控制等方法的快速发展，在一定程度上为复杂多变量对象的控制律设计提供一种良好的技术手段，但这些方法仅适用于对象确定性不太大的情况，对于直升机这样非线性程度很高的对象，仅采用单个的鲁棒控制器或自适应控制器，并不能达到良好的效果甚至于不能稳定所设计的闭环系统。即使根据状态的不同，采用多个鲁棒控制器或自适应控制器，不同控制器切换时也可能带来不可接受的动态干扰，进而影响综合系统的控制品质。此外，传统的直升机和发动机控制多是分开独立设计的，当设计直升机控制律时把发动机对象简化为分段线性对象，而当设计发动机控制律时把直升机简化为扭矩需求特性插值模块，这种分系统独立设计且简化处理的方式，显然忽略了直升机与发动机间的非线性耦合动态致使抗扰能力差，尤其在直升机作急上急下或平飞加速等机动操作过程中，传统的控制方法很难取得高品质的控制效果。

针对直升机/发动机在全包线、全状态控制律设计在国内几个主要的直升机设计研究所、航空高等院校均先后对该种控制技术提出需求。针对上述问题，一种是采用先进的控制手段直接针对直升机/涡轴发动机动态综合模型设计控制器，一种是采用子回路抗扰控制，采取适当的控制策略(如自抗扰控制、预测控制等)提高子系统的抗扰性和鲁棒性，从另一个角度消除各个互联子系统间的耦合。

国内外直升机动力系统控制长期使用简单的操纵输入(如总矩或扭矩等)前馈+比例微分环节，Smith B J等在2001年“Next generation control system for helicopter engines”文章中给出具有高阶扭振滤波器反馈+神经网络瞬态扭矩前馈的结构，可提高闭环系统的频宽，从动力角度改善直升机性能，但其缺点也很明显，即强依赖于准确的在线实时模型，同时要具备优秀的在线优化算法，工程实施代价较高。其次，Garg S等在2007年“Introduction to advanced engine control concepts”中介绍了一种发动机非线性预测控制技术，但其仅在涡扇发动机中应用，在涡轴发动机中仅有姚文荣在2008年“涡轴发动机非线性模型预测控制”中作了相关研究工作，实现了小扰动下的发动机抗扰控制，但仅基于带旋翼的涡轴发动机，没有完整直升机/涡轴发动机系统。

发明内容

本发明所要解决的技术间题在于克服现有技术的不足，提供一种单旋翼直升机/涡轴发动机综合抗扰控制系统设计方法，从而提高单旋翼直升机/涡轴发动机综合控制系统的抗扰能力。

本发明的单旋翼直升机/涡轴发动机综合抗扰控制系统设计方法，所述综合抗扰控制系统包括用于对直升机进行控制的直升机多模型融合鲁棒控制器，以及用于对涡轴发动机进行控制的涡轴发动机非线性模型预测控制器；

所述直升机多模型融合鲁棒控制器按照以下方法建立：

步骤A、选取被控对象的某一特征参数，并将该特征参数的范围划分为多个控制子空间；

步骤B、在各控制子空间中分别设计其所对应的子控制器；

步骤C、根据下式将各子控制器进行在线融合，得到直升机多模型融合鲁棒控制律：

u=(Σi=1pβiKi)x,]]>

式中，u表示被控对象输入量；x表示直升机状态量；K_i表示所划分的p个控制子空间中第i个控制子空间所对应的控制律；β_i为所划分的p个控制子空间中第i个控制子空间的融合加权系数，且满足