[发明专利]输入受限的航空发动机鲁棒增益调度容错控制器

权利要求书

1.一种输入受限的航空发动机鲁棒增益调度容错控制器，其特征在于：包括鲁棒控制器组容错控制模块、输入限制模块和气路部件故障诊断模块；

其中鲁棒控制器组容错控制模块、输入限制模块、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；

所述鲁棒控制器组容错控制模块产生控制向量v并输出给输入限制模块，输入限制模块产生限制后的控制输入向量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解算得到航空发动机的健康参数h，并输出到鲁棒控制器组容错控制模块；

鲁棒控制器组容错控制模块、输入限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至鲁棒控制器组容错控制模块；

所述输入限制模块限制了控制输入向量的幅值，避免给发动机过大的控制输入导致发动机损坏；

所述鲁棒控制器组容错控制模块内设计有若干鲁棒控制器，所述鲁棒控制器是利用若干线性不确定性发动机模型而分别设计得到的，所述线性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、不同气路部件故障下的航空发动机非线性模型进行线性化后再加入摄动块得到的；

所述鲁棒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鲁棒控制器计算得到适应的鲁棒控制器，该鲁棒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所述一种输入受限的航空发动机鲁棒增益调度容错控制器，其特征在于：所述鲁棒控制器组容错控制模块内设计若干鲁棒控制器的过程为：在全飞行包线内根据调度参数α选取q个工作点对包含健康参数的发动机非线性模型进行线性化得到q个含有健康参数的线性化模型，通过调整健康参数的值，得到分别在发动机无气路部件故障和特定气路部件故障处的11q个线性化模型再加入摄动块得到11q个线性不确定性发动机模型，并对这11q个线性不确定性发动机模型分别设计相应的鲁棒控制器从而组成鲁棒控制器组。

3.根据权利要求1所述一种输入受限的航空发动机鲁棒增益调度容错控制器，其特征在于：所述鲁棒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插值得到适应的鲁棒控制器。

4.根据权利要求1所述一种输入受限的航空发动机鲁棒增益调度容错控制器，其特征在于：所述鲁棒控制器组容错控制模块先根据航空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

计算得到航空发动机所选工作点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)下的鲁棒控制器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

计算得到航空发动机当前适应的容错鲁棒控制器K(α)。