[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

说明书

本发明提出一种航空发动机降保守性增益调度二自由度H∞控制器，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。本发明新增退化参数估计回路，采用发动机一定退化程度下的一组降保守性二自由度H∞控制器，得到降保守性二自由度H∞控制器组解算模块。本发明设计的小摄动不确定性发动机模型消除发动机不确定性模型中的退化项，降低不确定模型的摄动范围，降低了鲁棒增益调度控制器的保守性。退化参数估计回路实现退化参数的可靠估计，实现发动机性能退化时的增益调度控制，最大限度的提高发动机性能退化时增益调度的控制精度，缩短控制系统的过渡时间，减小其动态偏差及静态偏差，不仅具有较强的鲁棒性而且保守性低，充分发挥发动机的性能。

技术领域

本发明涉及航空发动机控制技术领域，尤其涉及一种航空发动机降保守性增益调度二自由度H∞控制器。

背景技术

航空发动机是一个复杂的非线性动力学系统，在范围宽广的飞行包线内工作时，发动机的工作状态随着外部条件和飞行条件的变化而不断变化。针对航空发动机的强非线性和模型的不确定性，现有技术中有提出鲁棒增益调度控制方法，将发动机划分为一系列工作点，并在每一个工作点设计鲁棒控制器，最终采用增益调度的方法选择合适的鲁棒控制器对发动机进行控制。

上述航空发动机鲁棒增益调度控制方法可以对航空发动机进行控制。然而，它们是非常保守的，因为它们将发动机退化看作发动机模型的不确定性进行鲁棒控制器的设计。事实上，发动机的性能退化程度可以通过测量参数来估计，从而消除不确定性模型中的退化项，缩小不确定性模型的范围，降低鲁棒增益调度控制器的保守性，提高发动机的性能。

另外，传统单自由度控制器无法同时兼顾航空发动机控制系统的鲁棒稳定性和鲁棒性能。我们引入自由度H∞控制器设计方法对航空发动机进行鲁棒控制器设计。在传统H∞控制器的基础上加入前置滤波器和反馈控制器，通过调整反馈控制器使扰动抑制的能力达到最佳，在此基础上调整前置滤波器使系统的指令跟踪能力达到最佳。

发明内容

为解决现有技术存在的问题，本发明提出一种航空发动机降保守性增益调度二自由度H∞控制器，同时兼顾航空发动机控制系统的鲁棒稳定性和鲁棒性能，且保守性低，将发动机的性能退化程度通过测量参数来估计，从而消除不确定性模型中的退化项，缩小不确定性模型的范围，降低鲁棒增益调度控制器的保守性，能够在发动机性能发生退化的情况下依旧对真实发动机进行良好控制，充分发挥发动机的性能，提高飞机全寿命效能。

本发明的技术方案为：

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：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；