[发明专利]用于控制飞机发动机的混合系统和控制其的方法

说明书

用于控制所提出的飞机发动机的系统包括：‑至少一个反馈回路，‑至少一个集成在反馈回路中的状态反馈控制器。状态反馈控制器包括静态补偿器(M)和状态校正器回路(L)，该静态补偿器和状态校正器回路被配置成对由待控制的发动机的操作参数形成的状态进行解耦。于是单变量控制器被配置成通过指令控制操作参数。

技术领域

为了在整个飞行包线上优化飞机发动机(涡轮机)的性能，可行的手段之一是添加“可变几何结构”(安全阀、具有可变桨距的轮叶或叶片、可变截面喷嘴的闸门等)。通常，可变几何结构是设置有可移动元件的构件，可以操纵该可移动元件的位置以改变诸如气流流量之类的参数，并且该可移动元件使得能够在涡轮机的可操作性方面具有自由度。该可移动元件通常由计算机进行操纵，并且必须协调它们的动作以在性能方面达到最佳并且保持在涡轮机的可操作性和操作安全性的可接受限度内(尤其是在压力、温度、转速、转矩等方面)。

通常，当系统具有多个输入和/或多个输出时，本发明是关于多变量系统。常规的单变量架构和设置策略通常会因为不同变量之间的相互作用而不适用于这些系统。

涡轮螺旋桨发动机的情况

涡轮螺旋桨发动机通常由驱动可变桨距螺旋桨的气体发生器(涡轮)组成。

涡轮螺旋桨发动机调节系统的主要目的是提供所需的推力的同时保持螺旋桨的恒定转速。从控制角度来看，可以将涡轮螺旋桨发动机看作多变量系统，包括：

-两个输入变量：

ο燃料流量，记为WF，

ο螺旋桨桨距(也称为桨距角)，记为β；

-两个输出变量：

ο螺旋桨的功率，记为SHP，

ο螺旋桨的转速，记为XNP。

通常，功率SHP由燃料流量WF的作用控制，而螺旋桨转速XNP由螺旋桨桨距β上的作用控制。转速XNP是在多个速度级别附近被伺服控制的，这些速度级别是根据飞行条件和涡轮螺旋桨发动机的状态限定的。

调节的主要问题是，对于功率SHP_ref的变化需求会导致螺旋桨转速XNP发生不必要的变化。同样，螺旋桨速度需求XNP_ref的变化会影响气体发生器的功率SHP。这是因为每个控制都会作用于每个输出。

这些扰动对涡轮螺旋桨发动机来说极为不利。特别地，它们会导致明显的过转矩从而损坏疲劳部件，尤其是减速器。

其他应用示例

还涉及针对其他应用的发动机控制。

例如，在控制具有一对无涵道的对转螺旋桨(或根据本领域通常使用的术语为“开式转子”)的发动机的情况下，从控制的角度来看，该应用场合类似于涡轮螺旋桨发动机：系统使用三个输入变量(燃料流量和两个对转螺旋桨各自的桨距)来控制三个输出变量(低压体的旋转速度和两个螺旋桨各自的旋转速度)。

在涡轮喷气发动机的情况下，除了燃料流量外，还可以控制喷嘴截面。该额外的自由度主要能够改变气体喷射速度并因此改变推力。

还可以将不同的可变几何结构整合到涡轮喷气发动机中。尽管涡轮喷气发动机的可变几何结构和燃料流量的设定点是相互协调而制定的，但对该可变几何结构和燃料流量进行的控制(伺服阀电流)是独立合成的，这会影响压缩机的诸如转速或操作性线之类的某些常见的运行参数。

控制律合成的主要目标

这些系统的控制律合成的主要目标如下：

-符合需求列表中给出的技术指标(响应时间、超调量、稳定裕度)，