[发明专利]一种基于模型的航空发动机燃油控制系统动态抗饱和方法及装置

说明书

本发明提供一种基于模型的航空发动机燃油控制系统动态抗饱和方法及装置，方法包括建立航空发动机的非线性部件级模型，并采用泰勒级数展开的方法取得航空发动机的状态空间模型；根据航空发动机的状态空间模型，建立线性动态控制器；设计航空发动机燃油供给执行机构的动态抗饱和补偿器。装置包括个人计算机终端、数模转换的输入输出口、个人计算机终端基于数字信号处理器设计的电子发动机控制单元和数据总线转换器。本发明能够提高航空发动机在整个飞行包线内的控制性能。

技术领域

本发明属于控制领域，具体涉及一种基于模型的航空发动机燃油控制系统动态抗饱和方法及装置。

背景技术

在航空发动机控制系统设计的过程中除了保证航空发动机在大机动，更加宽广的飞行包线内飞行，实现发动机的最优性能外，还应考虑发动机的安全性。为了保证航空发动机在运行时不超过其最大的机械、热力、气流、压力限制，同时为了保证航空发动机在运行的过程中压缩部件(风扇、压气机)的加减速计划，喘振保护以及失速保护能够正常的实施，在实际控制器设计的过程中通常采用给燃油控制添加限制的方式来保证航空发动机的安全稳定运行。

在燃油控制中添加限制会导致燃油供给执行机构饱和的问题。燃油供给执行机构饱和会使系统的输出误差变大，跟踪性能降低，调节时间变长，甚至使得闭环系统不稳定，因此对于实际航空发动机需要对燃油供给执行机构进行补偿，以增加系统的稳定性。常用的处理方法有两种，分别为直接法与间接法。直接法的思路是，在控制器设计时考虑执行机构饱和，直接将饱和的处理融入到控制器设计当中。间接法又称为抗饱和补偿法，其思路是，分离控制器设计和饱和处理的过程，即控制器的一部分用于实现标称性能，另一部分用于尽可能消除执行机构饱和带来的负面影响。

在抗饱和补偿法中，使用线性控制器的设计方法来设计线性标称控制器时首先应该考虑饱和约束，然后再设计一种抗饱和补偿器来处理这些饱和约束。设计抗饱和补偿器的作用一方面在于确保稳定性，另一方面在于实现与未发生饱和现象时相比系统的控制性能下降较小。在该控制器设计的过程中，由于线性标称控制器的设计过程中没有添加任何的限制，因此该控制器决定了闭环系统在没有触发饱和时的行为。并且只有在执行机构发生饱和时，抗饱和补偿器才会起作用并且修正系统的闭环行为，使得系统对于饱和的响应更具有稳定性。

现有的抗饱和补偿方法一方面没有考虑存在约束时的合理瞬态变化，另一方面没有考虑由于输入限制导致的闭环系统输出对于设定点的跟踪没有补偿。此外，由于机载资源有限、实时性要求高，航空发动机抗饱和补偿算法需要较低的计算复杂度。

发明内容

针对于现有技术的不足，本发明提供一种基于模型的航空发动机燃油控制系统动态抗饱和方法及装置来解决燃油供给执行机构饱和的问题。同时针对于航空发动机机载资源有限、实时性要求高的特点，本发明提出了一种实现该策略的硬件架构。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种基于模型的航空发动机燃油控制系统动态抗饱和方法，包括如下步骤：

步骤一：建立航空发动机的非线性部件级模型，并采用泰勒级数展开的方法取得航空发动机的状态空间模型：