基于滑模控制的航空发动机多变量约束管理

《基于滑模控制的航空发动机多变量约束管理》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、航空学报ActaAeronauticaetAstronauticaSinicaDec．252016V01．37No．123657．3667ISSN1000．6893CN11-1929／Vhttp：Hhkxb．buaaedu．cnhkxb@buaa．educn基于滑模控制的航空发动机多变量约束管理杜宪，郭迎清*，孙浩，徐清诗西北工业大学动力与能源学院，西安710072摘要：针对航空发动机传统单变量线性控制器rainmax切换方法处理约束的不足，提出了单变量滑模控制器替换所有线性控制器的改进策略，并将该方法拓展为新切换逻辑下

2、的多变量滑模控制结构。基于改进的单变量滑模控制器rain—max结构，多变量控制策略中加入了多变量滑模主控制器和新的切换逻辑，充分利用发动机的所有控制量，克服了传统方法的保守性，进一步提高发动机约束下的动态性能。对稳态时工作的控制器进行了理论分析，建立了多变量控制器实现精确跟踪的充要条件。仿真结果表明，多变量控制方法在更苛刻的约束条件下能够实现跟踪任务，而且提高了推力跟踪的快速性，调节时间从1．9ls缩短到1．54S，同时降低了稳态时的油耗。关键词：涡扇发动机；约束管理；min-max切换逻辑；滑模控制器；多变量控制中图

3、分类号：V233．7文献标识码：A文章编号：1000—6893(2016)12—3657—11航空发动机实现跟踪控制的过程中，必须保证各种约束输出量(如温度、喘振裕度、转速和压力等)在允许的工作范围内，否则，会影响发动机的使用寿命，甚至会引发不期望的特性，导致发动机失效，造成严重后果[1。3]。因此，如何在极限保护下发挥航空发动机最佳性能成为其控制研究的关键[4。7]。早在1999年，Spang和Brown[81就表明航空发动机在运行过程中应尽可能接近其限制值才能发挥最大效能。传统航空发动机控制系统是由线性控制器经过mi

4、n—max切换来实现约束管理[8。1⋯。近年来，研究[11。”3表明，这种min—max线性控制结构在约束处理上具有一定的保守性，阻碍了约束下可能更快的动态响应。Richter等ll2。143提出将rain—max下所有线性控制器(主控制器和限制控制器)替换为单变量滑模控制器(SMC)，大大改善了原结构的不足。约束输出量在瞬态过程中能够紧贴限制线工作，提高了系统的动态响应性能。但是，改进的方法仍然是基于燃油流量W，的单变量闭环控制方法。对于涡扇发动机而言，除了燃油流量计量装置外，还有其他执行机构，例如，可变静子叶片(VS

5、V)和可调放气活门(VBV)。在传统方式下，这2个控制量都是开环控制，根据预先设定的控制律缓慢变化或固定不变[9]，并没有得到充分利用。本文旨在将改进的单变量滑模控制方法拓展为多变量(Wr，VSV，VBV)控制，提出新的切换逻辑，设计多变量滑模调节器，达到充分利用发动机所有执行机构的目的，以期更好的控制效果。1传统约束管理不足的反例传统航空发动机min—max切换逻辑结构如图1所示，期望在各种约束下跟踪所需要的推力。实际中，推力不可测，主控制器(设定点控制器)跟收稿日期：2016—01·08；退修日期：2016-02·2

6、2；录用日期：2016—04-08；网络出版时间：2016．04．1316：00网络出版地址：WWW．cnkinet／kcms／detail／111929．V．20160413．1600006．html*通讯作者．Tel．：029·88431121E-mail：yqguo@nwpueducn引用格武

7、杜宪，郭迎清，孙浩，等，基于滑模控翻的航空发动机多变量约束管理!J]．航空学报．2016，37(12)：3657-3667．DUX．GUOYQ，SUNH，etalSlidingmodecontrolbasedmultivar

8、iablelimitmanagementforaircraftengine[J叮．ActaAeronauticaetAstronauticaSinica，2016，37(12)：3657-3667．航空学报Dec．252016VoI．37No．12Desiredthrust叫卧图1传统min—max切换逻辑进行约束管理Fig．1Traditionalminmaxswitchinglogicforlimitmanagement踪能反映推力的风扇转速或发动机压比来间接实现推力跟踪目标。每个约束输出量都有各自对应的限制控制器。

9、主控制器和所有最大值限制器与rain切换连接，然后rain切换的输出量再与所有最小值限制器经过max切换，选择出最终的燃油流量，实现目标跟踪过程中的约束保护。图1也是NASA公开发布的某型涡扇发动机控制系统结构图，其中约束管理部分具体包括转速(Nf，N。)限制器、燃烧室压力(Ps30，Ps3)限制器、发动机加速(Ac