[发明专利]一种基于控制器模糊切换的航空发动机喘振主动控制系统

说明书

一种基于控制器模糊切换的航空发动机喘振主动控制系统，本发明基于模糊切换的原理，根据压气机的工作状态，选择当前状态最为适合的基本控制器进行切换控制，能够实现大范围、自适应、性能优化的喘振主动控制。本发明所设计的控制器通过模糊切换的方式，实现大范围的喘振主动控制，扩大控制器的有效工作范围，提升控制器的可靠性；所设计的控制器可以适用于多种诱因导致的喘振的主动控制，提高控制器的自适应性，更接近发动机的实际工作情况；在控制器的设计过程中加入一定的优化指标，能够实现在对应优化目标下的最优控制；可以在已有控制器的基础上进行微小改动，即可达到所需要的控制效果，相比于已有的智能控制方法本发明更为简便且更易于实施。

技术领域

本发明属于航空发动机建模与控制领域，涉及一种基于控制器模糊切换的航空发动机喘振主动控制系统。

背景技术

当下，高性能航空发动机正朝着高推重比、高速度、高可靠性等方面发展，对压气机的气动稳定性也提出了更高的要求。高性能发动机推重比的提高，导致压气机单级压比提高，压气机负荷越来越高，使得航空发动机的气动稳定性问题逐渐突出，成为限制发动机发展的重要因素之一。在传统的压气机喘振控制方法中，其核心思想是在设计压气机工作点时，保证工作点处具有足够的喘振裕度。这样可以在压气机工作点处出现轻微扰动四，仍能够保持在稳定工作空间内。这种方法可靠性较高，但在选取工作点时往往过于保守，是在牺牲发动机性能的前提下换取发动机稳定。此时，喘振主动控制方法的优越性就逐渐得以体现。

主动控制方法通过级前喷气、调整放气量等控制手段，抑制压气机喘振等失稳状态的产生和发展，从而扩大发动机稳定工作范围，使发动机的工作点移动到性能更高的位置。目前喘振主动控制方法可以分为以下三类：基于模态的控制方法、非线性控制方法、智能控制方法。这些方法都能够在一定条件下抑制压气机喘振等失稳状态的发生，但与传统控制方法相比可靠性较低，如果控制器失效会直接导致喘振，这也是主动控制方法长时间没有实际应用的原因之一。同时，目前的主动控制方法多只针对于一种失稳状态或失稳诱因，不具有良好的自适应性；另外，大部分主动控制方法往往只针对于局部工作点进行设计，并不能够实现大范围的喘振主动控制。在目前已有的主动控制方法中，以能够有效抑制喘振等失稳状态为标准，并未考虑控制器采取动作后对发动机产生的性能损耗等，在同等性能下并未最优的控制策略。

发明内容

针对现有技术中，主动控制方法中可靠性低、自适应性不足、工作范围小等问题，本发明提供一种基于控制器模糊切换的航空发动机喘振主动控制系统。

本发明采用的技术方案为：

一种基于控制器模糊切换的航空发动机喘振主动控制系统，该控制系统主要包括基本控制器设计模块、模糊切换模块、控制信号融合模块三部分，其各部分设计过程包括以下步骤：

S1根据喘振主动控制中的稳定性需求，结合传统的李雅普诺夫稳定性理论，设计N_c个基本控制器。其中，基本控制器用于产生本发明所设计的模糊切换控制器的基本控制信号u_base，上述控制信号将在后续步骤通过模糊切换，融合为控制器的实际控制信号u_out。其具体实现过程如下：

S1.1采用基于李雅普诺夫稳定性理论的模态控制方法设计N_c个基本控制器，且N_c不小于2。在每个基本控制器中，可分别使用压气机平均流量系数Φ与扰动一阶模态A作为反馈量，确定反馈量与压气机所需控制量u_c的关系，即：

u_base，1＝k₁(Φ-Φ₀)

u_base，2＝k₂A

u_base，Nc＝k_Nc(-Φ+Φ₀+A)