模糊自整定PID的航空发动机转速控制研究

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1、第30卷第4期计算机仿真2013年4月文章编号：1006—9348(2013)04—0063—05模糊自整定PID的航空发动机转速控制研究乔伯真，缑林峰(西北工业大学，陕西西安710072)摘要：航空发动机具有强非线性和强时变性的特点，使用定参数PID方法的转速控制系统的性能在全飞行包线内难以保证。针对上述问题，提出设计模糊自整定PID控制器，利用输入误差及变化率建立一组PID参数在线调整规则，运用模糊推理方法实时进行参数自整定。结合某型航空发动机核心机非线性实时模型，进行转速串级控制硬件在回路仿真。结果表明，提出的模糊自整定PID控制方法

2、实现了控制器参数在线调整，参数切换扰动小，满足全包线内转速控制的指标要求。关键词：航空发动机；控制器参数自整定；模糊自整定控制；转速串级控制中图分类号：V411．8文献标识码：BRotatingSpeedControlforAero——engineBasedonFuzzySerf——tuningPIDControllerQIAOBo—zhen，GOULin—feng(NorthwesternPolytechnicalUniversity，Xi’anShanxi710072，China)ABSTRACT：Duetothestrongnonli

3、nearityandtime—variationofaero—en矛ne，itisdifficultfortherotatingspeedcontrolsystembasedonthemethodoffixedparametersPIDtopossesstheconsistentperformance．Inconsiderationofthisproblem，afuzzyself—tuningPIDcontrollerwasproposed．OnthebaseoftheinputeITOrsanditschangingrate，agroup

4、ofonlineself—tuningruleswerebuiltforPIDparameters．Andthefuzzyreasoningmethodswereusedtocal-eulatethenewparametersinreal—time．Thencombiningwiththenonlinearreal—timemodelofancore—engine．therotatingspeedcascadecontrolhardwaresystemWassimulatedintheloop．Theresultindicatesthatt

5、hefuzzyself——tuningPIDcontroHerrealizestheonlinetuningofparameterswithasmallswitchoverdisturbanceandmeetsthere--quirementsoftherotatespeedcontrolinthefullenvelope．KEYWORDS：Aero—engine；Self—tuningofcontrollerparameters：Fuzzyself—tuningcontrol；Cascadecontrolofrotatespeed1引言航

6、空发动机因其复杂的机械结构和气动热力工作工程而具有较强的非线性，而且在全包线内随着飞行高度、飞行马赫数等发动机进口条件的变化，其时间常数和增益系数也随之变化，从而还呈现出较强的时变性。使得常规定参数PID控制器只能在设计点及其附近小范围内表现出良好的控制性能，而不能在全包线内加以保持。因此，克服非线性和时变性是发动机控制算法设计的难点。模糊控制本身是一种非线性控制方法，工作范围宽，不依赖于被控对象的数学模型，可以较好地适应发动机系统的非线性和时变性。利用该方法对PID控制参数进行在线调收稿日期：2012—07—02修回日期：2012-08—

7、15整形成模糊自整定PID控制器，既可使PID控制系统更好地适应发动机的非线性和时变性，又可继承定参数PID系统的稳定性。文献[1，2]做过将该控制方法应用于航空发动机系统的研究，可行性较强。但在其研究中，均采用参数值的增量进行参数调整，且未将PID参数的实时值作为模糊系统输入，使得计算参数增量值的模糊推理缺少实时参考，加剧了参数调整的滞后性，易造成控制末期参数偏大而影响控制性能。针对上述问题，本文将通过模糊推理直接算出PID参数的实时值，并进行在线调整。另外，本文首次将模糊自整定PID算法应用于某中等推力航空发动机核心机非线性实时模型的硬

8、件在回路仿真试验，对于模糊自整定PID在发动机核心机控制系统中的应用具有一定的参考价值。一63—2控制器基本结构2．1结构原理概述模糊自整定PID控制系统的基本结构如图1所示。图