[发明专利]一种直驱式航空电动燃油泵鲁棒控制器

说明书

本发明公开了一种直驱式航空电动燃油泵鲁棒控制器，由内环和外环组成，内环是电流环，通过二阶积分滑模电流环控制器，实现电流跟踪；外环是速度环，通过基于不确定性和干扰估计(UDE)的速度环控制器，跟踪期望的转速指令，同时提供期望的q轴电流给电流环。本发明结合二阶积分滑模控制思想和不确定性和干扰估计(UDE)控制策略，提出了一种直驱式航空电动燃油泵(AEFP)鲁棒控制器，用以准确地、鲁棒地实现为飞机发动机按需供油。

技术领域

本发明属于一种鲁棒控制器。

背景技术

自20世纪90年代以来，一些国家实施了多电飞机的计划。多电发动机(MEE)是多电飞机的核心技术，而航空电动燃油泵(AEFP)已成为MEE的重要组成部分之一，因为它结构简单，可变流量。AEFP的基本功能是提供为飞机发动机提供具有指定压力和流量的连续燃油。

与传统的航空燃油泵相比，AEFP有许多显著优势。AEFP是机电一体化的产品，传统的飞机发动机主燃油泵由附件驱动变速箱。它的速度与发动机速度直接相关。为了提供准确的燃油流量，需要将多余的燃油回流，这导致功率损失和燃料温度升高。AEFP用电机来驱动燃油泵，它的速度与发动机速度无关。因此，燃油泵的速度可以通过电子控制器直接调节，以满足发动机的实际燃料需求，可以最大程度地减少燃料回流。此外，AEFP 省去了传动结构和相应的润滑系统，降低了燃料控制系统的复杂性，降低了整个燃料系统的体积和重量，从而有利于提高推重比。此外，AEFP燃料供应很快，可以改善发动机的起动特性。鉴于AEFP的诸多优势，为了实现快速准确的为发动机提供燃料，AEFP 控制系统的研究吸引了许多研究者的关注[4]-[7]。

滑模控制由于其强大的鲁棒性，是一种广泛有效的控制策略[8]-[10]。到目前为止， SMC已经广泛应用于许多领域，如燃油泵[6]、[7]、飞行器[11]、[12]、飞机发动机[13]、[14]，永磁同步电机(PMSM)[15]-[17],等其他对象[18]，[19]。

在传统的滑模控制方法中，抖振是众所周知的。许多研究人员做了许多工作减少或消除SMC中的抖振。一种有效的方法是高阶滑模(HOSM)方法[20]-[22]。在HOSM算法中，二阶滑模(SOSM)控制是最受欢迎的，因为SOSM控制器的结构相对简单，所需信息相对较少[19]，[23]-[25]。

除了SMC方法之外，一些其他的控制方法也用于复杂系统提高其鲁棒性，包括不确定性和干扰估计器(UDE)控制策略[26]-[31]。

航空电动燃油泵(AEFP)是MEE燃油供应系统的核心部件，包括电机和泵。航空用电机主要是永磁无刷电机DC电机、开关磁阻电机、永磁同步电机(PMSM)等。齿轮泵通常用作飞机发动机的主燃油泵。

本发明针对的是一类直驱式AEFP，它由一个外啮合齿轮泵和一个PMSM所组成的，齿轮泵是工作机，PMSM是动力机，泵和电机之间的连接是直接驱动形式，因此，泵的速度与电机的速度一致。直驱式AEFP的结构见图1。

本发明针对该类AEFP系统，结合二阶积分滑模控制思想和UDE控制策略，提出了一种鲁棒控制器，用以准确、鲁棒地实现对多电发动机的按需供油。

[1]Provost M J.The more electric aero-engine:A general overview froman engine manufacturer,2002International Conference on Power Electronics,Machines and Drives (Conf.Publ.No.487).IET,2002:246-251.