[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

说明书

本发明提出一种输入受限的航空发动机鲁棒增益调度容错控制器。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，气路部件故障诊断模块诊断发动机的气路部件故障，解算得到发动机的健康参数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。本发明能够在保证发动机安全工作的前提下，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，具有较强的鲁棒性，并且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，尤其涉及一种输入受限的航空发动机鲁棒增益调度容错控制器。

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，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。

此外，过大的控制输入会导致发动机损坏，因此我们需要考虑控制输入受限的控制器的设计。

发明内容

为解决现有技术存在的问题，本发明提出一种输入受限的航空发动机鲁棒增益调度容错控制器，具有较强的鲁棒性，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。

本发明的技术方案为：

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：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PID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；