涡轴发动机双回路PI控制器多发功率匹配

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1、第42卷第1期2016年2月航空发动机AeroengineV01．42No．1Feb．2016涡轴发动机双回路PI控制器多发功率匹配杨超惦，王曦惦，时瑞军3，周剑波3，高世煌3(1．北京航空航天大学能源与动力工程学院，北京100191；2．先进航空发动机协同创新中心，北京100191；3．中航工业航空动力机械研究所，湖南株洲412002)摘要：为了应对多个发动机共同驱动同一直升机时，单个发动机性能衰退所引发的输出功率不平衡问题，以控制2个转子转速的双回路结构PI控制器为基础，将外回路改为直接功率控制回路，搭配能够计算旋翼在一定转速下需求功率的机载模型

2、，构建了1种涡轴发动机多发功率平衡匹配控制系统。内回路分别采用燃气发生器转子转速控制回路和动力涡轮转子转速控制回路，得到参数不同的控制器并进行了仿真验证和对比。结果表明：所设计的双回路pI控制器能够在保证涡轴发动机动力涡轮转速恒定的同时，使性能衰退程度不同的2台发动机输出相同的功率。关键词：PI控制器；涡轴发动机；双回路结构直接功率控制；功率平衡匹配控制中图分类号：V233．7文献标识码：Adoi：10．13477／j．cnki．aeroengine．2016．01．004PowerBalanceforMultipleEnginesBasedorlD

3、ouble—LoopPlControllerforTurboshaftYANGChao”，WANGXi”，SHIRui--jun3，ZHOUJian—b03，GAOShi—huan93(1SchoolofEnergyandPowerEngineering，BeihangUniverSity，Beijing100191，China；2．CollaborativeInnovationCenterforAdvancedAero-Engine，Beijing100191，China；3．AVICAviationPowerPlantResearchInstit

4、ute，ZhuzhouHunan412002，China)Abstract：BasedOnaPIcontrollerwithdouble—loopstructureaimingatcontrollingthespeedoftworotorshafts，acontrolsystemtobalancethepoweroftwoormoreenginesonthesamehelicopterwasachievedwithamodelwhichwasabletocalculatethepowerdemandedbytherotoronafixedspeedt

5、oavoidthebadeffectsofperformancedegradationofthem．Theouter-loopwasmodifiedtocontrolthepowerofpowerturbineshaft，andtheinner-loopwasdesignedeithertocontrolthespeedofgasgeneratorrotororpowerturbinerotor．Bothcontrollersweresimulatedwiththesameenginemodeltoverifytheperformanceofthes

6、ekindsofcontroller．TheresultsshowthatthecontrollerdesignedinthispapercankeepthepowerprovidedbytwoturboshaitsbalanceattheconstantNPwhenperformancedegradationsofthesetwoenginesaredifferent．Keywords：PIcontroller；turboshafl；double—toopstructuredirectpowercontrol；powerbalancecontrol

7、O引言涡轴发动机自20世纪50年代以来一直作为直升机的主要动力装置l”。由于盲升机的特殊性，涡轴发动机的工作状态与直升机旋翼等负载系统的工作状态相互影响，所以在直升机的工作过程中，一般都要求保持旋翼的转速恒定嘲。于是，涡轴发动机控制系统在保证发动机自身受到干扰时可以稳定工作并且响应快速外，都要控制动力涡轮转速在工作时保持恒定【¨]。传统的涡轴发动机控制采用串级双回路控制器。内回路以燃气涡轮发生器转子转速为控制量，使发动栅陕速响应外界变化；外回路以动力涡轮转子转速为控制信号，保证在任何工作状态下转速保持恒定。采用基于LMI(线性矩阵不等式)设计鲁棒PI

8、控制器的方法求取控制器参数，根据相应的结论建立线性矩阵不等式约束，可以通过软件求解得到满足要求的控制器参数M