[发明专利]变循环发动机气路部件故障增益调度容错控制器

权利要求书

1.一种变循环发动机气路部件故障增益调度容错控制器，其特征在于：包括PID控制器组容错控制模块和气路部件故障诊断模块；

其中PID控制器组容错控制模块、气路部件故障诊断模块与变循环发动机本体以及变循环发动机上的若干传感器组成气路部件故障调度控制回路；

所述PID控制器组容错控制模块产生控制输入向量u并输出给变循环发动机本体，传感器得到变循环发动机测量参数y；控制输入向量u以及测量参数y共同输入到气路部件故障诊断模块，气路部件故障诊断模块解算得到变循环发动机的健康参数h，并输出到PID控制器组容错控制模块；

PID控制器组容错控制模块与变循环发动机本体以及变循环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和模式选择活门打开程度至PID控制器组容错控制模块；

所述PID控制器组容错控制模块内设计有若干PID控制器，所述PID控制器是利用若干线性化模型而分别设计得到的，所述线性化模型是对变循环发动机不同模式选择活门MSV打开程度、不同调度参数、不同气路部件故障下的变循环发动机非线性模型进行线性化后得到的；

所述PID控制器组容错控制模块根据输入的健康参数h以及调度参数α，利用内部设计的若干PID控制器计算得到适应的PID控制器，该PID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所述一种变循环发动机气路部件故障增益调度容错控制器，其特征在于：所述PID控制器组容错控制模块内设计若干PID控制器的过程为：在全飞行包线内根据调度参数α和模式选择活门打开程度msv，选取q*J个工作点对包含健康参数的变循环发动机非线性模型进行线性化得到q*J个线性化模型，通过调整健康参数的值，得到分别在变循环发动机无气路部件故障和特定气路部件故障处的11q*J个线性化模型，并对这11q*J个线性化模型分别设计相应的PID控制器从而组成PID控制器组。

3.根据权利要求1所述一种变循环发动机气路部件故障增益调度容错控制器，其特征在于：所述PID控制器组容错控制模块根据输入的模式选择活门打开程度msv、健康参数h以及调度参数α插值得到适应的PID控制器。

4.根据权利要求1所述一种变循环发动机气路部件故障增益调度容错控制器，其特征在于：所述PID控制器组容错控制模块先根据模式选择活门打开程度msv前后相邻的两个msv_k和msv_k+1(k＝1,2,...J)，在msv_k处根据变循环发动机当前的调度参数α选择前后相邻的两个设定工作点α_i和α_i+1，并获取两个设定工作点α_i和α_i+1对应发动机无部件故障的控制器Kⁱ和Kⁱ⁺¹，各种典型部件故障Δh_{base_j}的控制器Δh_{base_j}表示向量Δh的第j个元素的值为Δh_base，其他元素的值为0，即Δh_{base_j}表示10种不同的部件故障，例如Δh_{base_1}表示风扇发生了故障且风扇的效率变化量为Δh_base。根据公式

计算得到变循环发动机所选工作点α_i和α_i+1处发动机的当前部件故障程度(健康参数为h)下的PID控制器K_i和K_i+1(式中Δh_j为向量Δh的第j个元素；仅考虑||Δh||≤||Δh_max||的发动机气路部件故障情况，当||Δh||||Δh_max||发动机已失效)；再根据公式

计算得到变循环发动机在msv_k处的PID控制器K^j(α)，同理可以计算得到变循环发动机在msv_k+1处的PID控制器K^j+1(α)；

再根据公式

计算得到变循环发动机当前工作模式、工作状态、气路部件故障状态下适应的容错控制器K(α,msv)。