[发明专利]基于稳定性估计与预测的航空发动机气动稳定性主动复合控制方法

摘要

本发明公开了一种基于稳定性估计与预测的航空发动机气动稳定性主动复合控制方法，所述主动复合控制方法包括：(1)压气机气动失稳机理及主动控制方法；(2)航空发动机稳定裕度估计及主动稳定性控制方法；(3)航空发动机失稳预测及主动防喘控制方法；(4)航空发动机主动稳定性复合控制方法。本发明针对航空发动机气动稳定性问题，通过压气机部件扩稳、剩余稳定裕度利用、主动防喘三个不同角度来提高发动机气动稳定性，获得一种喘振裕度可随应用需求动态调控的，适合航空发动机主动稳定性控制特点和工程应用背景的调控策略与算法，其满足实际使用要求。

主权项

1.一种基于稳定性估计与预测的航空发动机气动稳定性主动复合控制方法，其特征在于：所述主动复合控制方法包括：/n(1)压气机气动失稳机理及主动控制方法/n(1.1)压气机气动稳定性动态模型/n在MG3模型的基础上，考虑压气机转子动态过程及旋转失速高阶谐波的影响来提高模型的精度，推导出一个新的压气机变转速过失速瞬态模型；/n(1.2)压气机失稳机理分析及主动控制方法/n采用分岔理论分析旋转失速和喘振的发生，从系统动力学的角度深入地了解旋转失速和喘振发生的机制，为压气机主动稳定性控制提供理论指导，根据对压气机稳定性模型的分岔分析获得的结论，可设计出压气机气动失稳主动控制方法，进而设计相应的控制算法；/n(1.3)基于状态估计器的压气机稳定性输出反馈主动控制/n采用状态估计器控制压比，状态估计器根据输入的压力值，估计出压力系统的流量系数，再进行主动控制器设计，主动控制器由状态估计器和状态反馈控制器构成，两者组成一个输出反馈控制器，状态反馈控制器根据压力系数及流量系数计算得到控制指令值；/n(2)航空发动机稳定裕度估计及主动稳定性控制方法/n(2.1)航空发动机喘振实时模型/n航空发动机喘振实时模型是开展基于稳定裕度闭环的航空发动机主动稳定性控制仿真试验的前提条件，采用在已有的航空发动机部件级模型的基础上，考虑发动机容腔的容积动力学效应、压气机的失速区特性、燃烧室的熄火特性以及发动机的进口畸变，建立航空发动机喘振实时模型；/n(2.2)喘振裕度估计算法与模拟/n采用压力相关度测量的方法，首先，根据压力传感器获得的叶片附近的压力脉动信号，计算用于度量压力脉动信号重复性的相关度，根据实验数据的离线分析，获得相关度值穿越阈值的次数；其次，根据穿越阈值次数与喘振裕度值固有的特性关系，建立发动机稳定性裕度估计模型，根据发动机喘振裕度估计模型，通过插值法即可对发动机真实稳定裕度做出较准确地估计；/n(2.3)航空发动机主动稳定性控制方法/n通过喘振裕度估计算法获得发动机的喘振裕度之后，即设计基于喘振裕度估计的主动稳定性控制律，构成喘振裕度闭环控制回路，其控制方法主要包括喘振裕度估计模块、主动稳定性控制器模块；其中，主动稳定性控制律拟采用基于二次型性能指标的鲁棒H