一种考虑时延的航空发动机分布式控制律设计及验证方法技术

本发明专利技术属于航空发动机控制算法设计领域，提出一种考虑时延的航空发动机分布式控制律设计及验证方法，步骤如下：对存在时延的航空发动机分布式系统的状态空间模型进行离散化增广建模；设计ALQR控制器，实现对分布式系统中网络时延的控制；在Truetime工具箱中搭建航空发动机分布式控制系统仿真平台，并对所设计的ALQR控制器进行仿真验证。本发明专利技术方法能够实现对分布式系统中网络时延的控制，减少时延对发动机性能的影响；此外，针对存在时延的分布式系统的控制律设计方法具有一定的普适性，可以推广到其他类型的分布式时延问题；同时，本发明专利技术提供的Truetime仿真平台参数修改方便，可对其他分布式控制系统进行仿真验证。

【技术实现步骤摘要】
一种考虑时延的航空发动机分布式控制律设计及验证方法
本专利技术提出了一种考虑时延的航空发动机分布式控制系统的控制律设计及验证方法，属于航空发动机控制算法设计领域。
技术介绍
本专利技术依托背景为某型涡扇发动机分布式控制系统的针对时延的控制律设计及验证。航空发动机是飞机的心脏，其性能的好坏直接关系到飞机的飞行安全。随着人们对航空发动机控制要求的提高，其控制系统设计的复杂度也日益提升，传统的集中式控制架构已经很难满足复杂的控制需求。为了进一步提高发动机性能、减轻发动机总重、增加系统通用性、降低系统开发及维护成本，目前的航空发动机控制系统正在由集中式控制架构逐渐向分布式控制架构过渡。分布式控制系统(DistributedControlSystem，简称DCS)是由网络总线和智能节点构成的，包含控制器节点、传感器节点和执行器节点。DCS把低级处理功能从全权限数字发动机控制器(FullAuthorityDigitalEngineControl，简称FADEC)系统的中央控制器下放到现场的传感器和执行机构中，中央控制器仅完成高级功能。在传感本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种考虑时延的航空发动机分布式控制律设计及验证方法，其特征在于，包括以下步骤：/nS1.对存在时延的航空发动机分布式系统的状态空间模型进行离散化增广建模，使之在形式上成为无时延的标准离散模型；/n对航空发动机分布式系统状态空间模型进行离散化增广建模的步骤如下：/nS1.1首先考虑某型涡扇发动机，确定其小偏差线性化模型，其包含执行机构的连续状态空间模型表达式为：/n

【技术特征摘要】
1.一种考虑时延的航空发动机分布式控制律设计及验证方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1.对存在时延的航空发动机分布式系统的状态空间模型进行离散化增广建模，使之在形式上成为无时延的标准离散模型；
对航空发动机分布式系统状态空间模型进行离散化增广建模的步骤如下：
S1.1首先考虑某型涡扇发动机，确定其小偏差线性化模型，其包含执行机构的连续状态空间模型表达式为：



其中，x(t)是状态向量，u(t-τ)是控制向量，y(t)是输出向量，τ是系统的网络时延，A、B、C是适维矩阵；
S1.2设计分布式控制系统总线通信方式；分布式控制系统的通信方式分为两种：事件触发架构和时间触发架构；其中，TTA总线由于采用周期性的时间触发，将总线的数据延迟限制为采样时间的整数倍，即τ＝mh，m≥1，h为系统的采样时间；使得TTA总线能提供高度可靠的数据传输和可预测的恒定时间延迟，且具有较高的容错能力；对于航空发动机这样的安全关键分布式控制系统，更适合使用时间触发机制；
S1.3对上述航空发动机的连续状态空间模型进行离散化处理，得到离散化状态空间模型如下：



其中，k表示当前系统处在第k个采样周期，m表示总线的数据延迟是系统采样周期的m倍，Φ和Γ是离散系统矩阵，Φ＝eAh，e是自然常数，s为拉普拉斯算子；
S1.4为了将存在时延的离散化状态空间模型转化为无时延的标准形式，定义如下增广状态变量：



从而，增广后的航空发动机分布式系统的状态空间模型表示为：



其中，和为增广离散系统的系数矩阵，



其中I为单位阵；
S2.对增广后的航空发动机分布式系统模型设计ALQR控制器，实现对分布式系统中网络时延的控制；
S2.1给定阶跃信号r，将系统误差记为err，err＝r-y；并对增广后的系统模型进行微分，得到：
...

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