[发明专利]航空电动燃油泵流量控制系统传感器故障鲁棒容错方法

说明书

本发明公开了一种航空电动燃油泵流量控制系统传感器故障鲁棒容错方法，由转速指令调节部分和转速控制部分组成，转速指令调节部分主要基于发动机燃油需求指令、燃油流量非线性稳态模型和电动燃油泵的输出燃油流量，它为控制系统提供合适的全流量范围内适用的电动燃油泵转速指令；转速控制部分主要作用是实现实际转速与转速指令的误差尽可能小，在考虑不确定性和传感器故障的情况下，基于电动燃油泵自适应组合非线性动态模型，根据滑模理论，通过综合设计滑模故障估计器和滑模转速控制器，保证电动燃油泵转速响应快速且准确地达到期望转速，进而实现电动燃油泵对航空发动机安全可靠、快速精准地按需供油。

技术领域

本发明属于控制系统容技术领域，具体涉及一种航空电动燃油泵鲁棒容错控制方法，尤其是一种航空电动燃油泵流量控制系统传感器故障鲁棒容错方法。

背景技术

多电发动机已是航空发动机的一个重要发展方向，电动燃油泵以其结构简单、可变流量等特点，成为多电发动机的关键部件之一，电动燃油泵燃油流量控制系统对实现给发动机按需供油发挥着重要作用。

航空发动机燃油调节范围很宽，稳态和动态控制性能要求高，在设计电动燃油泵流量控制系统时，需要保证燃油流量在发动机各个流量需求下，都具有规定的稳态精度和动态精度。然而，电动燃油泵要实现在全流量范围内对燃油流量进行快速且精确的控制，保证其对发动机按需供油并不容易。针对航空发动机工作在慢车、中间、最大等工况时，设计的流量控制规律，当航空发动机工作在慢车以下、起动工况时，可能完全不适用，这是因为发动机在慢车以下、起动工况时，电动燃油泵需要提供小流量的燃油供给，而此时燃油的流量-压力特性与大流量时的流量-压力特性不同，电动燃油泵的泄漏问题以及电动燃油泵中电机的惯性问题，也将极大地影响电动燃油泵燃油流量控制的精度和响应速度，燃油流量控制性能很难满足发动机的要求。因此，电动燃油泵流量控制系统要实现在全流量范围内快速且精确的控制，是一项颇具挑战的工作。

另外，高可靠的发动机需要电动燃油泵提供高可靠的供油，电动燃油泵必须对可能发生的故障具有满意的容错能力，以保证供油的安全可靠性。电动燃油泵中的典型故障主要来自电机和控制系统硬件，使用容错电机可以有效实现电动燃油泵对电机故障具有很好的容错性能，针对控制系统硬件故障除了采用硬件备份之外，一个低成本的常用方法就是设计合适的容错控制算法。由于航空动力装置常常工作在高温、高压、强振动的环境中，其中的传感器是故障常发的元件之一。电动燃油泵作为航空动力装置中的典型部件也处在相同的工作环境中，它的传感器因而也是故障易发元件。因此，在燃油泵燃油控制系统设计过程中，有必要保证电动燃油泵对传感器故障具有良好的容错能力。

除此之外，当发动机在全飞行包线内运行时，电动燃油泵不可避免面临燃油压力变化、燃油温度变化、燃油泵容积效率变化等不确定性问题。所以，电动燃油泵燃油流量鲁棒控制也是不能忽视的问题之一。

以上论述表明，电动燃油泵燃油流量的精确快速、安全可靠控制，对于实现高性能航空发动机有着重要的理论意义和工程应用价值，必须设计具有良好稳态和动态性能，具备鲁棒与容错能力的电动燃油泵流量控制系统，从而快速准确地为发动机按需供油。

航空电动燃油泵当发动机在全飞行包线内运行时不可避免面临燃油压力变化、燃油温度变化、燃油泵容积效率变化等不确定性的影响，因此设计具有强鲁棒性的燃油流量控制系统十分必要。

目前，国内外众多学者针对复杂系统的鲁棒控制问题开展了广泛的研究，而具有强鲁棒性的滑模控制方法已在航空、航天、电力、化工等诸多领域获得了理论和应用成果，这些成果可以为电动燃油泵的鲁棒燃油流量控制提供有力借鉴。