[发明专利]航空发动机容错增益调度二自由度H∞控制器

说明书

本发明提出一种航空发动机容错增益调度二自由度H∞控制器。二自由度H∞控制器组容错控制模块产生控制输入向量u并输出给发动机本体，气路部件故障诊断模块诊断发动机的气路部件故障；二自由度H∞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二自由度H∞控制器计算得到适应的二自由度H∞控制器，该二自由度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。本发明不仅可以同时保证系统的鲁棒稳定性和鲁棒性能，并且能够在发动机机气路部件故障的情况下依旧对真实发动机进行良好控制，保证发动机安全工作，充分发挥发动机的性能，提高飞机的安全性和性能。

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容错增益调度二自由度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。针对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，二自由度H∞控制器设计方法在传统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。

然而，现代战机对航空发动机性能的要求不断提高，其结构也越来越复杂，并且由于发动机工作环境的恶劣多变，发动机故障约占飞机总故障的1/3。其中，气路部件故障占发动机总体故障的90％以上，其维护费用占发动机总体维护费用的60％。为了保证发动机安全工作并使故障发动机提供足够的性能来保证飞机安全飞行或具有高的机动性，必须对故障的发动机性能进行恢复，并且对发动机进行容错控制，保证控制系统正常稳定工作且具有良好的性能。因此，研究发动机气路部件故障容错控制方法具有重要意义。

传统的气路部件故障容错控制方法在航空发动机出现气路部件故障时通过修正控制规律，使得发动机的推力与油门杆始终匹配，有效的保证了发动机的推力。然而，这些设计方法并没有解决当前控制器和发动机模型不匹配从而导致控制系统性能下降甚至不稳定的问题。当发动机发生气路部件故障时，发动机在同一工作点的线性化模型也会发生较大变化。因此，根据正常状态的发动机模型设计的二自由度H∞控制器一般无法保证气路部件故障时发动机的性能，甚至无法保证控制系统的闭环稳定。

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容错增益调度二自由度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，并且能够在发动机气路部件故障的情况下依旧对真实发动机进行良好控制，保证发动机安全工作，充分发挥发动机的性能，提高飞机的安全性和性能。

本发明的技术方案为：

所述一种航空发动机容错增益调度二自由度H∞控制器，其特征在于：包括二自由度H∞控制器组容错控制模块和气路部件故障诊断模块；

其中二自由度H∞控制器组容错控制模块、气路部件故障诊断模块与航空发动机本体以及航空发动机上的若干传感器组成气路部件故障调度控制回路；

所述二自由度H∞控制器组容错控制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共同输入到气路部件故障诊断模块，气路部件故障诊断模块诊断发动机的气路部件故障情况得到航空发动机的健康参数h，并输出到二自由度H∞控制器组容错控制模块；

二自由度H∞控制器组容错控制模块、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至二自由度H∞控制器组容错控制模块；