[发明专利]航空发动机降保守性增益调度二自由度H∞控制器

权利要求书

1.一种航空发动机降保守性增益调度二自由度H∞控制器，其特征在于：包括降保守性二自由度H∞控制器组解算模块和退化参数估计回路；

其中降保守性二自由度H∞控制器组解算模块、退化参数估计回路与航空发动机本体以及航空发动机本体上的若干传感器组成退化参数调度控制回路；

所述降保守性二自由度H∞控制器组解算模块产生控制输入向量u并输出给航空发动机本体，传感器得到航空发动机测量参数y；控制输入向量u以及测量参数y共同输入到退化参数估计回路，退化参数估计回路解算得到航空发动机的退化参数h，并输出到降保守性二自由度H∞控制器组解算模块；

降保守性二自由度H∞控制器组解算模块与航空发动机本体以及航空发动机本体上的若干传感器还组成调度参数调度控制回路；由传感器输出调度参数α至降保守性二自由度H∞控制器组解算模块；

所述降保守性二自由度H∞控制器组解算模块内设计有若干降保守性二自由度H∞控制器；所述降保守性二自由度H∞控制器包含前置滤波器和反馈控制器，对若干小摄动不确定性发动机模型利用H∞回路成形方法分别设计得到；

所述小摄动不确定性发动机模型是对航空发动机不同设定工作点下的、包含退化参数的航空发动机非线性模型进行线性化后再加入不含发动机性能退化的摄动块得到的；针对某一退化状态下的航空发动机非线性模型，所加入的不含发动机性能退化的摄动块为能够覆盖航空发动机除退化外所有不确定性的最小摄动半径摄动块；

所述降保守性二自由度H∞控制器组解算模块根据输入的退化参数h以及调度参数α，利用内部设计的若干降保守性二自由度H∞控制器计算得到适应的降保守性二自由度H∞控制器，该降保守性二自由度H∞控制器根据参考输入r和测量参数y的差值e产生控制输入向量u。

2.根据权利要求1所述一种航空发动机降保守性增益调度二自由度H∞控制器，其特征在于：所述降保守性二自由度H∞控制器组解算模块内设计若干降保守性二自由度H∞控制器的过程为：分别在发动机正常状态h₁和设定退化程度h_base处，在全飞行包线内根据调度参数α选取n个工作点对包含退化参数的发动机非线性模型进行线性化得到2n个线性化模型，并加入不确定性得到2n个小摄动不确定性发动机模型，并对这2n个小摄动不确定性发动机模型分别设计相应的降保守性二自由度H∞控制器从而组成降保守性二自由度H∞控制器组。

3.根据权利要求1所述一种航空发动机降保守性增益调度二自由度H∞控制器，其特征在于：所述退化参数估计回路中包括非线性机载发动机模型和分段线性化卡尔曼滤波器；

所述非线性机载发动机模型为带退化参数的发动机非线性模型：

y＝g(x,u,h)

其中为控制输入向量，为状态向量，为输出向量，为退化参数向量，f(·)为表示系统动态的n维可微非线性向量函数，g(·)为产生系统输出的m维可微非线性向量函数；非线性机载发动机模型输入为控制输入向量u以及上一周期的退化参数h，其输出的健康稳态参考值(x_aug,NOBEM,y_NOBEM)作为分段线性化卡尔曼滤波器当前周期的估计初始值；

所述分段线性化卡尔曼滤波器的输入为测量参数y以及非线性机载发动机模型输出的健康稳态参考值(x_aug,NOBEM,y_NOBEM)，根据公式

计算得到当前周期的发动机的退化参数h；其中K为卡尔曼滤波的增益，满足P为Ricati方程的解；系数A_aug和C_aug根据公式

C_aug＝(C M)

确定，而A、C、L、M是将退化参数h看作发动机的控制输入，并对非线性机载发动机模型在健康稳态参考点处进行线性化得到的反映发动机性能退化的增广线性状态变量模型

的系数：

w为系统噪声，v为测量噪声，相应的协方差矩阵为对角阵Q和R。

4.根据权利要求2所述一种航空发动机降保守性增益调度二自由度H∞控制器，其特征在于：所述降保守性二自由度H∞控制器组解算模块根据输入的退化参数h以及调度参数α插值得到的适应的降保守性二自由度H∞控制器。