基于滑模理论的航空发动机控制系统容错控制

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1、中图分类号：V233.7论文编号：102870217-SZ045学科分类号：085232硕士学位论文基于滑模理论的航空发动机控制系统容错控制研究生姓名胡继祥专业类别工程硕士专业领域航空工程指导教师肖玲斐副教授南京航空航天大学研究生院能源与动力学院二О一六年十二月NanjingUniversityofAeronauticsandAstronauticsTheGraduateSchoolCollegeofEnergyandPowerEngineeringFaultTolerantControlofAircraftEngineContr

2、olSystemBasedonSlidingModeTheoryAThesisinAeronauticalEngineeringByHuJixiangAdvisedbyAssociateProfessorXiaoLingfeiSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofEngineeringDecember,2016承诺书本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师指导下，独立进行研究工作所取得的成果。尽我所知，除文中已经注明引用的内容外，

3、本学位论文的研究成果不包含任何他人享有著作权的内容。对本论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人授权南京航空航天大学可以有权保留送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅,可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。(保密的学位论文在解密后适用本承诺书)作者签名：日期：南京航空航天大学全日制专业硕士学位论文摘要航空发动机是一类复杂的非线性系统。在飞行包线内，发动机的工作状态变化非常大，控制系统故障时有发生，而传感器故障是最主要的一类故障。因此本文基

4、于滑模理论，开展了航空发动机控制系统故障诊断与容错控制研究，对提高发动机控制系统安全性和可靠性具有重要意义。主要内容包括：基于拟合法的航空发动机线性状态空间模型的建立、航空发动机故障诊断系统的设计和航空发动机容错控制系统的设计。（1）本文首先根据拟合法得到航空发动机部件级模型的发动机线性状态空间模型。其次，在状态空间模型的基础上，设计了基于残差的航空发动机传感器故障诊断系统。并对基于残差的两种故障诊断方法进行了对比分析。最后，以某型涡扇发动机的状态空间模型为例，对基于残差的故障诊断方法进行了数字仿真，验证了该方法的有效性。（2）考

5、虑航空发动机不确定模型，本文提出了一种积分正切模糊自适应的滑模容错控制新方法，在基于滑模观测器的故障诊断基础上，结合本文设计的积分正切模糊自适应滑模容错控制器设计了基于滑模观测器的航空发动机滑模容错控制系统。以某型涡扇发动机的状态空间模型为例，仿真结果表明，该方法实现了控制系统能够有效地防止出现积分饱和现象，减小了系统的稳态误差，改善了系统的暂态性能，具有强鲁棒性，对控制系统具有很好的容错控制能力。（3）考虑如何调整航空发动机系统闭环响应，本文提出了一种具有积分作用的滑模跟踪容错控制新方法，在基于Kalman滤波器的故障诊断的基础

6、上，结合本文设计的基于积分作用的滑模跟踪容错控制器设计了基于Kalman滤波器的航空发动机滑模容错控制系统。以某型涡扇发动机的状态空间模型为例，仿真结果表明，该方法在不牺牲航空发动机系统稳态精度的前提下，实现了改善发动机闭环响应性能，对控制系统具有很好的容错控制能力。关键词：航空发动机；滑模控制；容错控制；故障诊断；模糊自适应控制I基于滑模理论的航空发动机控制系统容错控制ABSTRACTAircraftenginesareverycomplexsystemswithhighdegreeofnonlinearcharacter,an

7、dtheworkingstateoftheengineisverylargeinflightenvelope.Therefore,theoccurrenceofthecontrolsystemfailureisinevitable,sensorfaultinparticular.Accordingly,basedonslidingmodetheory,faultdiagnosisandfaulttolerantcontrolofaircraftenginecontrolsystemisstudiedinthisthesis,whi

8、chisofgreatsignificancetoimprovethesafetyandreliabilityofenginecontrolsystem.Inthisthesis,themaincontentsincluded:theestabli