[发明专利]一种航空发动机非线性系统控制器设计方法

权利要求书

1.一种航空发动机非线性系统控制器设计方法，其特征在于：包括如下步骤

步骤1)，建立航空发动机非线性状态变量模型，用如下公式表示：

其中，系统方程对输入u是线性的，x是n维状态向量，f(x)是光滑的n维向量函数，f＝[f₁,...,f_n]^T，B(x)为n×m阶函数矩阵，B＝[b₁,...,b_m]，u为m维控制向量，d(t)＝Dg(t)为n维干扰向量d(t)为外干扰，且满足干扰匹配条件：

rank(B,d)＝rank(B)(2)

步骤2)，基于精确线性化理论将步骤1)中的非线性模型精确线性化；

步骤3)，针对步骤2)中线性化后的模型设计滑模变结构控制器，迫使新的状态变量根据设计的滑动模态轨迹运动，以抵消系统的参数摄动和外干扰的影响；

步骤4)，采用多个状态变量的的误差积分加权和的形式设计控制系统的目标性能函数，针对该目标性能函数，采用人工蜂群算法来整定非线性滑模控制器参数；

所述步骤1)中建立航空发动机非线性状态变量模型的步骤如下：

步骤1.1)，根据航空发动机气动热力学特性和典型的部件特性数据建立发动机非线性状态空间模型；

步骤1.2)，利用传感器采集到的干扰值得到该模型的干扰向量；

所述步骤2)中求解精确线性化模型的步骤如下：

引入m维向量方程h＝h(x)，h＝[h₁,...h_m]^T，则h_i(1≤i≤m)沿着系统(1)的导数为

其中，是h_i的雅克比矩阵，L_dh_i是h_i关于d的李导数，计算公式为若由匹配条件(2)，一定有L_dh_i＝0，且得出结论：只要则此时，h_i沿着系统(1)的二阶导数表示为：

如果存在

如果存在最小的整数r_i，使得

且存在j使得

则系统(1)具有相对阶{r₁,...,r_m}以及总相对阶r＝r₁+...+r_m；

当系统具有相对阶{r₁,...,r_m}时，对每一个h_i，有：

式(7)中的输入u的系数矩阵，也称为解耦矩阵，表示如下：

设和作非线性变换：

以及输入变换：

u＝E^-1(x)[v-P(x)-Q(x)] (10)

则原系统可化为:

和是转化后的第二子系统中对应的光滑向量函数；

其中，

且

ζ的分别为r维和n-r维状态向量，只有当系统总相对阶r和系统状态向量维数n相等时，ζ不存在，原非线性系统(1)精确线性化为：