一种基于自抗扰理论的涡扇发动机稳态过渡态多变量控制方法技术

一种基于自抗扰理论的涡扇发动机稳态过渡态多变量控制方法，属于航空发动机控制技术领域。首先初步选取多组涡扇发动机的控制量和被控量，然后使用相关性分析法进一步确定相关性较大的控制量与被控量；采用跟踪微分器将每组控制指令规划为跟踪轨迹，再与扩张状态观测器估计的当前状态一起作为非线性比例‑微分控制器的输入计算控制量，同时使用恰当结构抵消扩张状态观测器观测包括多变量各回路间的耦合在内的总扰动，以达到良好的控制效果。本发明专利技术不仅达到涡扇发动机要求多输入多输出同时按照预定轨迹运行达到控制要求的目标，相对于传统控制控制器设计方法难度更小，需要调节的参数数量少且物理意义十分明确，系统的鲁棒性也得到了极大的提升。

A Steady Transition Multivariable Control Method for Turbofan Engines Based on ADRC Theory

A multivariable control method for turbofan engine steady-state transition state based on ADRC theory belongs to the field of aeroengine control technology. Firstly, the control and controlled variables of several turbofan engines are selected preliminarily, and then the control and controlled variables with high correlation are further determined by correlation analysis method. Each group of control instructions is programmed as tracking trajectory by tracking differentiator, and then, together with the current state estimated by the extended state observer, the input control variables of the non-linear proportional differential controller are calculated. The appropriate structure is used to cancel the total disturbance observed by the extended state observer, including the coupling among the multivariable loops, in order to achieve a good control effect. The invention not only meets the requirements of turbofan engine for multi-input and multi-output, but also achieves the control requirements according to the predetermined trajectory. Compared with the traditional control controller design method, the design method is less difficult, the number of parameters to be adjusted is less and the physical meaning is very clear, and the robustness of the system has been greatly improved.

【技术实现步骤摘要】
一种基于自抗扰理论的涡扇发动机稳态过渡态多变量控制方法
本专利技术涉及一种基于自抗扰理论的涡扇发动机稳态过渡态多变量控制方法，具体的说，是基于自抗扰理论，建立航空发动机的多变量控制框架，优化涡扇发动机在慢车及以上的转速的运行过程中的控制效果，属于航空发动机控制

技术介绍
本专利技术依托的背景为某型的双转子涡扇发动机的控制技术。目前，我国航空发动机的相关技术多从材料和结构的角度对航空发动机的效能进行提高，从控制领域的改进和优化较少。从材料和结构的角度的改进固然能够提高涡扇发动机的效率，但从控制领域对其进行优化能够更好地发挥当前航空发动机的潜能，延长涡扇发动机的使用寿命。航空发动机设计初期，其控制器的实现形式为机械装置和液压结构，虽然具有很好的稳定性，但只能实现简单的控制规律，无法应用复杂的控制算法。随着数字电子技术的提高，全权限数字电子控制器(FADEC)逐步应用于涡扇发动机控制系统的具体实现，并体现出了易于修改控制策略、能够实现复杂算法等诸多优势。涡扇发动机的控制按照其处于的不同阶段可以分为启动停车控制、稳态控制、加减速控制和加力控制等多个阶段。本专利技术不涉及启动停车控制本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于自抗扰理论的涡扇发动机稳态过渡态多变量控制方法，其特征在于，步骤如下：S1.基于多变量控制目标，选择两组或者多组被控变量，并确定每个被控变量的控制参数要求，然后结合机理分析和相关性分析的方法确定每个被控变量对应的控制量；确定被控变量和控制量的步骤如下：S1.1分析涡扇发动机控制要求，根据涡扇发动机的机理初步确定控制量U＝[u1,…,ui,…,un]T与被控变量Y＝[y1,…,yi,…yn]T，其中ui与yi是在第i个回路中的同组变量；S1.2选取第i组的控制量和被控变量进行分析，保持涡扇发动机的其他输入量[u1,…,ui‑1,ui+1,…un]为合理常值，将第i组控制量的序列设置为

【技术特征摘要】
1.一种基于自抗扰理论的涡扇发动机稳态过渡态多变量控制方法，其特征在于，步骤如下：S1.基于多变量控制目标，选择两组或者多组被控变量，并确定每个被控变量的控制参数要求，然后结合机理分析和相关性分析的方法确定每个被控变量对应的控制量；确定被控变量和控制量的步骤如下：S1.1分析涡扇发动机控制要求，根据涡扇发动机的机理初步确定控制量U＝[u1,…,ui,…,un]T与被控变量Y＝[y1,…,yi,…yn]T，其中ui与yi是在第i个回路中的同组变量；S1.2选取第i组的控制量和被控变量进行分析，保持涡扇发动机的其他输入量[u1,…,ui-1,ui+1,…un]为合理常值，将第i组控制量的序列设置为式中：满足并且在控制量ui正常运行的范围之内，m是指本组数据采样点个数；S1.3运行涡扇发动机模型，获取输出数据S1.4对获得的涡扇发动机的输入和输出进行归一化，归一化方法如下：S1.5运用相关性分析的方法计算相关性系数Rei，具体公式如下：S1.6根据所得的相关系数Rei确定控制量ui是否用于被控变量yi的控制，若相关系数符合要求，则该组参数选择正确，否则，控制量与被控变量相关度不大，则需重新更换控制量，直至相关系数满足要求；S2.根据自抗扰的基本原理，建立跟踪微分器模块、线性扩张状态观测模块和非线性PD模块三个模块，构建稳态过渡态控制器，并保留跟踪微分器的时间常数rt、线性扩张状态观测器的wo、非线性PD的Kp和Kd作为待调参数；建立稳态过渡态控制器的步骤如下：S2.1建立二阶离散系统最速控制综合函数fhan(p,q,rt,h)，其表达式如下：d＝rt×hd0＝h×dfx＝p+hq式中，rt为待调参数，用以调节跟踪微分器输出变量的过渡时间的长度，rt越大，过渡时间越短；h为仿真步长；sign(fx)为符号函数，d,d0,fx,a0,a是为了便于计算引入的内部变量，fhan为函数fhan(p,q,rt,h)的输出；S2.2根据建立的fhan(p,q,rt,h)函数，构建跟踪微分器(TrackingDifferential，TD)模块，跟踪微分器的输入是第i回路的控制指令vi，输出分别为跟踪轨迹gi和轨迹的导数gi′，其离散形式的更新表达式如下：gi＝gi+h×gi′gi′＝gi′+h×fhan(gi-vi,gi′,rt,i,h)S2.3建立线性扩张状态观测器，使用涡扇发动机输入ui和输出yi作为扩张状态观测的输入观测当前输出量的状态和总扰动其表达形式如下所示：Z＝[z1,i,z2,i,z3,i]T式中，b0,i,wo,i分别为扩张状态观测器参数，b0,i为模型表征参数，与实际模型相关，wo,i是扩张状态观测器的带宽参数；ui,yi为扩张状态观测器的输入，Z为扩张状态观测器的状态变量，是扩张状态观测器的输出，三个输出量分别是涡扇发动机输...

【专利技术属性】
技术研发人员：李玉鹏，杜宪，孙希明，
申请(专利权)人：大连理工大学，
类型：发明
国别省市：辽宁,21