[发明专利]一种滚动优化预测闭环控制器及系统

权利要求书

1.一种滚动优化预测闭环控制器，其特征在于，包括推力管理器、信号处理器、控制器参数调度器、推力预测闭环控制器和燃油控制量选择器：

推力管理器，根据的油门杆角度信号和推力模式信号，计算得到发动机运行推力期望指令并输出到推力预测闭环控制器；

信号处理器，根据采集到得原始传感器信号，完成转化后信号真实物理数值的计算，并输出到相应模块；

控制器系数调度器，接收信号处理器发送的涡扇发动机高压转子换算转速信号，结合存储的离线获取的信息，向推力预测闭环控制器提供所需要的发动机动态模型信息；

推力预测闭环控制器，根据控制器系数调度器提供的发动机动态模型信息和信号处理器提供的第一发动机状态信息，进行推力预测闭环所需要的燃油控制量的计算，将计算结果发送给燃油控制量选择器；

燃油控制量选择器，对燃油控制量进行选择，输出对应的燃油指令。

2.根据权利要求1所述的滚动优化预测闭环控制器，其特征在于，所述发动机动态模型如下所示：

X＝[π,Δ]^T，u＝[α_I,β]^T；π＝Ps3/P0；

W_f(t)＝α_I·Δ(t)+β(t)；

其中，f为发动机动态方程，X为动态方程的运动状态，u为动态方程输入量，π为整个发动机的落压比，α_I为线性系数，β为增益系数，Ps3为高压压气机出口静压，P0为发动机工作环境温度，F_d为发动机运行推力期望，F_e为发动机运行产生的实际推力，W_f为燃油控制量。

3.根据权利要求2所述的滚动优化预测闭环控制器，其特征在于，所述推力预测闭环控制器包括初始值计算模块、离散最优化矩阵计算模块、初始控制规律计算模块、控制规律计算模块、采样值更新计算模块、雅克比矩阵计算模块、控制规律变化率计算模块和递推最小二乘计算模块：

所述初始值计算模块，预设对应变量的初始数值；

所述离散最优化矩阵计算模块，通过C矩阵和H矩阵计算控制器最优矩阵；

所述初始控制规律计算模块，根据初始值计算模块的输入参数，以及离散最优矩阵计算模块输入的H矩阵和C矩阵，基于递推最小二乘计算模块完成初始控制规律在最小二乘意义下的近似解计算，将结果输出到控制规律计算模块；

所述控制规律计算模块，根据初始控制规律和控制规律变化率，进行每一拍单位时间的燃油控制量的计算，并将结果输出到采样值更新计算模块，最终的燃油控制量结果发送至燃油控制量选择器；

所述采样值更新计算模块，按照控制规律计算模块的计算值，对每一拍单位时间的燃油控制量的采样值进行更新计算，输出结果到雅克比矩阵计算模块；

所述雅克比矩阵计算模块，根据初始值计算模块的输入参数，进行每一拍单位时间的雅克比矩阵的更新计算，输出结果到控制规律变化率计算模块；

所述控制规律变化率计算模块，根据初始值计算模块的输入参数，基于递推最小二乘计算模块，完成控制规律变化率在最小二乘意义下的近似解计算，输出到控制规律计算模块；

所述递推最小二乘计算模块，用基于轮转变换方法，完成输入方程的最小二乘意义方程求解计算。

4.根据权利要求3所述的滚动优化预测闭环控制器，其特征在于，还包括稳态闭环控制器和推力计划转换器：

所述推力计划转换器，与推力管理器连接，根据推力计划转换器发送的发动机运行推力期望指令，进行稳态控制的目标计算，计算得到涡扇发动机低压轴转速目标控制转速和涡扇发动机高压轴转速目标控制转速并输出给稳态闭环控制器；

所述控制器系数调度器，向稳态闭环控制器提供所需要的控制参数和已有规律计算输出功能；

所述稳态闭环控制器，与推力计划转换器连接，根据控制器系数调度器提供的稳态控制器控制参数信息和信号处理器提供的第二发动机状态信息，进行转速闭环所需要的发动机稳态燃油控制量的计算，将计算结果发送给燃油控制量选择器。

5.根据权利要求4所述的滚动优化预测闭环控制器，其特征在于，所述发动机稳态燃油控制量的计算方法，采用比例-微分-积分控制器、滑模控制器和状态反馈。