直升机/涡轴发动机综合系统鲁棒抗扰控制设计

提出了一种直升机/涡轴发动机综合系统鲁棒抗扰控制方法。分别设计了基于线性矩阵不等式(LMI)的鲁棒保性能控制的直升机四通道多变量控制器和涡轴发动机转速控制器;为了进一步提高发动机自由涡轮转速环的抗扰能力,结合自抗扰控制(ADRC)方法,构建了涡轴发动机转速鲁棒保性能控制+扭矩ADRC补偿的控制方案,充分利用了ADRC控制强的干扰补偿能力,避免了鲁棒设计方法的保守性。在UH-60直升机/涡轴发动机综合模型仿真环境下通过模拟直升机大幅急速升降操作,验证了直升机/涡轴发动机综合系统所采用的鲁棒抗扰控制,尤其是涡轴发动机鲁棒自抗扰控制,具有理想的抗扰控制效果,能够抑制直升机机动操作过程中大的扭矩扰动对涡轴发动机造成的不利影响,从而使直升机具有更好的机动能力。     

航空发动机H∞PI输出反馈控制——非严格正则LMI方法

基于传递函数矩阵H∞范数的等价原则思想,将非严格正则模型转化为严格正则模型。通过LMI求解方法,在考虑控制能量约束的条件下,对严格正则模型进行静态输出反馈PI控制器设计。提出了一种非严格正则模型静态输出反馈PI控制器求解的算法。以某型双转子涡喷发动机为被控对象,进行静态输出反馈PI控制器的LMI设计,并分区域在飞行包线进行了动静态性能和鲁棒性能仿真验证。     

航空发动机多变量 PI 型鲁棒控制器

首先用奇异值分解法,将航空发动机不同平衡点的小偏离线性模型统一为一个具有结构参数扰动的线性模型,然后应用鲁棒H∞控制理论及PI型H∞控制设计技术,设计了PI型鲁棒串级控制器,实现了低压转速和涡轮后温度同时保持常数的双变量发动机调节方案。最后采用某型双转子涡喷发动机气动热力学非线性数字模拟器,对所设计的控制器进行了仿真评估,结果表明控制系统具有良好的动态响应及鲁棒稳定性。     

弹用涡喷发动机鲁棒性能μ综合控制

针对某型弹用涡喷发动机，分析了具有乘性输入不确定性的被控对象中嵌入加权函数的μ鲁棒性能问题，由具有N-△结构的μ综合框架，给出了控制系统获得鲁棒性能的D-K迭代法，设计了弹用涡喷发动机鲁棒μ控制器。仿真结果表明设计的控制器在全飞行包线内不同的弹道上取得了鲁棒性能。     

航空发动机H_∞控制器设计方法

本文提出了一种结构摄动系统鲁棒控制器综合方法。采用该方法可以同时考虑闭环系统的频域设计要求及对结构摄动的鲁棒稳定性。该方法被用于某型双转子涡喷航空发动机稳态控制器的设计，并取得了良好效果。     

航空发动机用基于LMI控制受约束的PI控制器设计

基于LMI方法 ,提出一种控制受约束的PI控制器的设计方法。考虑被控对象控制向量 2范数上界 ,得到控制受约束的LMI表述。并提出改进ILMI算法 ,用于解决控制受约束PI控制器求解问题。以某型单转子涡喷发动机为被控对象 ,并进行了仿真验证     

基于LMI的结构摄动系统二次稳定裕度分析

研究了结构摄动系统满足指定性能的稳定裕度问题。从系统完全二次稳定性出发 ,给出了结构摄动系统满足 H∞ 性能指标的二次稳定半径定义 ,并且转化为基于线性矩阵不等式 (LMI)的极值问题进行计算。对于广义参数不确定性系统 ,基于 L MI给出了使二次稳定裕度尽可能大的 H∞ 控制器设计方法。该方法应用于某型双转子涡喷发动机稳态控制器的设计 ,拓宽了系统的鲁棒稳定界     

一种基于LMI的航空发动机输出反馈PI控制

基于LMI(LinearMatrixInequality,线性矩阵不等式),提出一种航空发动机PI输出反馈控制器设计方法。利用被控对象中控制向量2范数上界的限制,提出了一种改进ILMI(IterativeLMI)算法,用于解决控制受约束的航空发动机PI控制器的一种LMI描述求解问题。以某型双转子涡喷发动机为被控对象,基于LMI进行了PI输出反馈控制器的设计,并分区域在飞行包线进行了航空发动机控制系统仿真验证。结果表明,所得控制器满足预期设计要求,同时具有一定鲁棒性。     

航空发动机二自由度鲁棒控制LMI方法研究

为克服传统鲁棒控制器无法兼顾系统的性能和鲁棒性要求的缺陷,引入二自由度控制结构,以对使目标值跟踪特性为最优的参数和使外扰抑制特性为最优的参数分别进行整定,并使用线性矩阵不等式(Linear matrix inequality,LMI)方法对二自由度鲁棒控制器求解,克服传统Riccati方法中的种种缺陷.以某型涡扇航空发动机为对象,设计了基于LMI解法的二自由度H_∞回路成形控制器,并在构建的航空发动机数控系统实时仿真平台上进行了硬件回路仿真,结果表明所设计的控制器具有良好的跟踪和鲁棒特性,满足航空发动机控制要求.      

基于LMI对角占优补偿的航空发动机QFT控制

针对航空发动机数学模型的不确定性, 提出一种基于线性矩阵不等式(LMI)和定量反馈理论(QFT)的航空发动机鲁棒控制器的新的设计方法.该方法把频域对角占优预补偿器的设计问题与线性矩阵不等式的求解方法相结合, 实现了对不确定控制对象的解耦, 引入定量反馈理论进行鲁棒控制器设计.仿真验证表明该方法控制效果良好, 并具有较强的工程应用价值.      

100N推力级微小型涡喷发动机数字式电子控制器研究

建立了100N推力级微小型涡喷发动机模型,应用鲁棒控制算法进行了控制器软、硬件系统开发设计;提出了全新的仿真方法,用该方法对控制器进行了仿真,取得了良好的效果。电子控制器不仅具备等转速调节功能,且有足够的逻辑、多种控制监测和保护功能,完全符合多功能FADEC控制的要求。     

基于混合区域极点配置的航空发动机全包线鲁棒变参数控制器设计

针对航空发动机全包线多变量鲁棒变增益控制器设计问题,提出了一种基于混合区域极点配置的鲁棒变参数控制方法。利用Jacobian方法建立多调度参数下的发动机仿射线性变参数(Linear parameter varying,LPV)模型,用于描述发动机全包线内的非线性动态特性;针对上述LPV模型,采用仿射参数依赖Lyapunov函数设计具有H∞鲁棒性能的状态反馈控制器,给出了控制系统全局稳定性的证明;并利用混合区域极点配置方法,将闭环系统极点配置到左半平面指定位置,以保证控制系统的动态特性及稳定裕度;进而引入凸多胞技术,将参数依赖线性矩阵不等式(Linear matrix inequality,LMI)方程转化为有限维LMI进行控制器求解,并得到了全局解。针对涡扇发动机的仿真结果表明:存在复杂量测噪声干扰条件下,鲁棒变参数控制器可以实现发动机全包线内控制指令的精确跟踪,系统阶跃响应的调节时间不超过1.5s,系统无超调,对控制期望的稳态跟踪误差在0.02%以内,符合发动机控制系统技术要求。     

面向对象的航空发动机电子控制器建模与仿真

为了模拟航空发动机电子控制器的结构和功能,根据1种典型的民用涡扇发动机数字电子控制器的硬件结构和工作原理,采用基于面向对象的建模方法,为航空发动机数控系统仿真平台FADEC Works搭建了数字电子控制器部件仿真类库,利用数字电子控制器部件仿真类库建立了双通道数字电子控制器模型,在FADEC Works仿真平台上与发动机模型进行了集成,构成了航空发动机闭环数控系统,并对搭建的双通道数字电子控制器模型进行了仿真和验证。结果表明:利用数字电子控制器部件仿真类库搭建的数字电子控制器模型能够模拟数字电子控制器的运行过程。该模型可应用于控制运行逻辑、故障诊断逻辑、通道切换逻辑的开发、集成、测试和验证。     

基于TTP/C总线的开放式电子控制器的设计 及HIL仿真试验研究

开放式电子控制器具有模块化程度高、可靠性好、维护方便、全寿命周期成本低等特点,是未来航空发动机电子控制器的发展方向之一。基于自主开发的TTP/C总线构建了1个拥有3个智能节点的开放式电子控制器,实现了主机控制器与TTP/C总线控制器的接口设计,以及转速信号和油针位置信号的采集及其闭环控制和转速闭环控制功能,利用FADEC系统接口模拟器开展了HIL仿真试验研究。研究表明:基于TTP/C总线构建的开放式电子控制器的各智能节点能协调可靠地实现发动机的控制功能,同时具有实时性好、安全性高、开发维护方便等特点。     

航空发动机增益调度控制的多项式平方和规划方法

针对现有的线性变参数(linear parameter varying,LPV)控制器设计方法都是关于仿射参数依赖系统而没有专门针对多项式描述的LPV系统这一现状,提出了一种基于多项式平方和(sum of squares,SOS)规划的增益调度控制设计方法,并将其用于转速大范围变化时的航空发动机高压转子转速及压比控制.根据发动机非线性模型获取不同转速下的状态空间模型,并利用多项式拟合的方法建立发动机线性变参数模型.给出能够保证无静差的增益调度控制结构,利用有界实定理和多项式平方和理论推导出能够保证闭环系统鲁棒稳定的SOS约束条件,并形成控制器求解的SOS规划问题,通过求解获得多项式描述的增益调度控制器.分别以LPV模型和发动机非线性模型为对象做阶跃仿真,结果表明:高压转子转速/发动机压比控制系统的调节时间在2s以内,稳态误差不超过0.1%.      

基于多入多出平衡流形展开模型的涡扇发动机反馈线性化滑模控制

针对涡扇发动机内部状态大范围变化条件下,单点线性控制器控制效果不佳而线性变参数控制器求解困难的问题,提出了一种基于多入多出平衡流形展开模型的涡扇发动机反馈线性化滑模变结构控制。首先,采用多入多出平衡流形展开模型辨识技术,获得仿射型的涡扇发动机数学模型。随后,利用反馈线性化将平衡流形展开模型解耦,经过坐标变换获得可用于控制系统设计的线性结果,考虑了具有误差项和饱和函数的指数趋近滑模控制律来提高控制系统的鲁棒性,完成了基于平衡流形展开模型的多变量涡扇发动机反馈线性化滑模控制器设计。最后,在非线性部件级模型上开展了控制器验证。在平衡流形展开模型设计工况,增益控制和滑模控制的控制效果表明,基于平衡流形展开模型的反馈线性化方法能够获得涡扇发动机良好的控制效果。同时,在平衡流形展开模型稳定但精度无法保证的非设计飞行工况,反馈线性化滑模控制器能够进一步抑制不确定性的影响,保证转子转速和发动机压比的跟踪控制效果。     

基于模糊Takagi-Sugeno模型的发动机转速鲁棒控制

基于某航空用二冲程活塞式发动机的非线性模型, 利用扇形非线性特性得到了发动机模糊Takagi-Sugeno(T-S)模型;基于该T-S模型, 采用系统增广的方法研究了无静态误差转速控制器;设计中考虑了鲁棒H∞性能, 使得该非线性系统的模糊控制器具有较好干扰抑制性能, 并在Lyapunov稳定性理论基础上建立了该系统渐进稳定的线性矩阵不等式条件;最后通过系统仿真算例验证了所设计控制器的有效性.      

LMI-BASED AERO-ENGINE CONTROLLER DESIGN

Recently,robust control has great theoreticalsignificance and practical value and has gained a lotof interest for its characteristic.With the develop-ment and abroad applications of linear matrix in-equalities( LMIs) in Control Theory( Gahinet[1] andIwasaki[2 ] ) ,the study of H∞ controller designbased on Riccati equation is gradually transformedinto the approach based on LMI.The concrete ap-proach is to convertthe problemsof stability condi-tion,controller design and tracking in control …     

A New Hybrid Control Scheme for an Integrated Helicopter and Engine System

A new hybrid control scheme is presented with a robust multiple model fusion control(RMMFC) law for a UH-60 helicopter and an active disturbance rejection control(ADRC) controller for its engines.This scheme is a control design method with every subsystem designed separately but fully considering the couplings between them.With three subspaces with respect to forward flight velocity,a RMMFC is proposed to devise a four-loop reference signal tracing control for the helicopter,which escapes the closed-loop system from unstable state due to the extreme complexity of this integrated nonlinear system.The engines are controlled by the proposed ADRC decoupling controller,which fully takes advantage of a good compensation ability for unmodeled dynamics and extra disturbances,so as to compensate torque disturbance in power turbine speed loop.By simulating a forward acceleration flight task,the RMMFC for the helicopter is validated.It is apparent that the integrated helicopter and engine system(IHES) has much better dynamic performance under the new control scheme.Especially in the switching process,the large transient is significantly weakened,and smooth transition among candidate controllers is achieved.Over the entire simulation task,the droop of power turbine speed with the proposed ADRC controller is significantly slighter than with the conventional PID controller,and the response time of the former is much faster than the latter.By simulating a rapid climb and descent flight task,the results also show the feasibility for the application of the proposed multiple model fusion control.Although there is aggressive power demand in this maneuver,the droop of power turbine speed with an ADRC controller is smaller than using a PID controller.The control performance for helicopter and engine is enhanced by adopting this hybrid control scheme,and simulation results in other envelope state give proofs of robustness for this new scheme.