基于非光滑反馈函数的高空台进气系统抗扰控制方法技术方案

本发明专利技术的基于非光滑反馈函数的高空台进气系统抗扰控制方法。包括1对高空台进气控制系统的容腔压力模型、调节阀流量模型及调节阀控制模型等主要设备特性模型进行建立，构建得到进气控制系统近似二阶系统模型；2设计非光滑反馈函数算法；3构造非线性增强滤波算法；4引入调整信号幅值参数与相位补偿参数提升非线性增强滤波算法的信号处理能力；5:将4所得到的压力输出滤波信号反馈至2所得到的非光滑反馈滑模控制器中，并将非光滑反馈滑模控制器算法和非线性增强滤波算法共同作用于进气控制系统中，实现航空发动机过渡态试验中进气压力的控制。步骤6:重复上述2～5。步骤6:重复上述2～5。步骤6:重复上述2～5。

【技术实现步骤摘要】
基于非光滑反馈函数的高空台进气系统抗扰控制方法


[0001]本专利技术属于航空发动机高空模拟控制
，尤其涉及一种基于非光滑反馈函数的高空台进气系统抗扰控制方法。

技术介绍

[0002]航空发动机高空模拟试车台(简称高空台)是在地面上能够模拟各种类型航空发动机空中飞行时的高度、速度和进气畸变条件的试车台，它是研制先进航空发动机和推进系统必不可少的且最有效的实验设备之一。飞行环境模拟控制系统是高空台的重要组成部分，特别是其中的进气环境模拟控制系统在整个高空模拟试验中占有极其重要的地位，其控制品质和调节性能直接关系到被试发动机的试验安全和气动边界条件模拟的准确度。
[0003]高空台飞行环境模拟过渡态试验中存在大量扰动来源，例如被试发动机宽广飞行包线内复杂特性变化、管道容腔特性变化、排气扩压器气动特性变化、调节阀节流及间隙特性变化等等。这些大量扰动因素均会在试验过程中对控制系统稳定性和动态性能造成显著影响，成为制约控制品质提升的瓶颈问题。从飞行环境模拟控制系统控制器设计方面而言，国内外具备航空发动机高空模拟试验的单位展开了大量的过渡态控制方法的研究。美国阿诺德工程发展中心(AEDC)针对被控系统进行了大量的基础设备特性建模与仿真工作，建立了相对完备的系统模型并且在此基础上开展了增益调度控制、自适应控制、模型预测控制等经典控制算法，这些研究成果大大提升了航空发动机飞行环境模拟控制水平，为研制新型航空发动机提供了坚实的基础。德国斯图加特大学针对其高空模拟试车台建立了数字化飞行环境模拟控制仿真系统及硬件在回路的仿真系统，基于该仿真系统展开了复合控制以及前馈控制技术，大幅度提升了过渡态试验中进气控制系统的调节能力。
[0004]我国当前高空台飞行环境模拟系统中实际在使用的技术仍然围绕经典的误差反馈PID控制展开。当前系统中采用的线性反馈形式效率低且闭环系统的稳态误差与反馈增益成反比关系。当系统需要降低最终的稳态误差时，线性反馈存在两个方面，一方面调大反馈增益可能使得反馈控制量过大引起调节阀无法提高大的能量来实现，另外一方面若引入积分反馈可能会使得控制量饱和。此外，由于传感器自身约束、整体线路布局、环境噪声、系统扰动等等内外因素导致飞行环境模拟控制系统的控制输出含有较高强度的随机噪声，这进一步加剧了控制系统的控制难度。

技术实现思路

[0005]有鉴于此，提出一种高频感应加热的取样探针温度的控制系统，解决传统线性反馈控制效率低的问题的技术问题。
[0006]提供一种基于非光滑反馈函数的高空台进气系统抗扰控制方法，其包括以下步骤：
[0007]步骤1:至少对高空台进气控制系统的容腔压力模型、调节阀流量模型及调节阀控制模型进行建立，确定进气控制系统的二阶系统模型；
[0008]步骤2:基于所构建的二阶系统模型确定非光滑反馈函数算法；
[0009]步骤3:基于典型的二阶积分系统，应用所述非光滑反馈函数构造非线性增强滤波算法；
[0010]步骤4：引入调整信号幅值参数与相位补偿参数提升非线性增强滤波算法的信号处理方法，并且将进气控制系统中的压力输出信号输入到所述非线性增强滤波算法中，以获取有效的压力输出滤波信号；
[0011]步骤5:所述压力输出滤波信号反馈至非光滑反馈滑模控制器中，并将非光滑反馈滑模控制器算法和非线性增强滤波算法共同作用于进气控制系统中，以对航空发动机过渡态试验中进气压力的控制。
[0012]步骤6:重复上述步骤2～5，对航空发动机过渡态试验中进气压力进行实时控制，确保实验控制的准确性。
[0013]本专利技术的技术有益效果：
[0014]本专利技术针对航空发动机过渡态试验中飞行环境模拟进气控制技术问题，设计了基于非光滑反馈的滑模控制策略，并且基于该非光滑反馈设计非线性增强滤波器对输出信号进行实时滤波处理，作为主控制器的状态反馈输入，通过这两个算法的共同作用大幅度提升飞行环境模拟控制系统过渡态的控制品质，包括对滤波的处理和提高控制精度。
附图说明
[0015]为了更清楚地说明本公开实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本公开的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
[0016]图1基于非光滑反馈函数的进气系统抗扰控制原理图；
[0017]图2基于非光滑反馈函数的非线性增强滤波器算法原理图；
[0018]图3非线性增强滤波器算法的信号跟踪滤波效果图；
[0019]图4扰动情况下基于非光滑反馈函数的进气系统抗扰控制效果图；
[0020]图5扰动情况下基于PID控制的进气系统控制效果图；
[0021]图6扰动情况下基于非光滑反馈函数的进气系统抗扰控制量。
具体实施方式
[0022]下面结合附图对本公开实施例进行详细描述。
[0023]以下通过特定的具体实例说明本公开的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本公开的其他优点与功效。显然，所描述的实施例仅仅是本公开一部分实施例，而不是全部的实施例。本公开还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本公开的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。基于本公开中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本公开保护的范围。
[0024]要说明的是，下文描述在所附权利要求书的范围内的实施例的各种方面。应显而易见，本文中所描述的方面可体现于广泛多种形式中，且本文中所描述的任何特定结构及/
或功能仅为说明性的。基于本公开，所属领域的技术人员应了解，本文中所描述的一个方面可与任何其它方面独立地实施，且可以各种方式组合这些方面中的两者或两者以上。举例来说，可使用本文中所阐述的任何数目个方面来实施设备及/或实践方法。另外，可使用除了本文中所阐述的方面中的一或多者之外的其它结构及/或功能性实施此设备及/或实践此方法。
[0025]针对航空发动机过渡态试验中飞行环境模拟进气控制技术问题，设计了基于非光滑反馈的滑模控制策略，基于该非光滑反馈设计非线性增强滤波器对输出信号进行实时滤波处理，作为主控制器的状态反馈输入，通过这两个算法的共同作用大幅度提升飞行环境模拟控制系统过渡态的控制品质，基于非光滑反馈函数的进气系统抗扰控制原理如图1所示，基于非光滑反馈函数的非线性增强滤波器算法原理如图2所示。本专利技术提供一种基于非光滑反馈函数的高空台进气系统抗扰控制方法，高空台进气系统为现有技术中的系统，其包括以下步骤：
[0026]步骤1:至少对高空台进气控制系统的容腔压力模型、调节阀流量模型及调节阀控制模型进行建立，确定进气控制系统的二阶系统模型，具体的：
[0027]1.1:调节阀的控制模型，针对进气环境压力控制系统展开系统建模。首先通本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于非光滑反馈函数的高空台进气系统抗扰控制方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1:至少对高空台进气控制系统的容腔压力模型、调节阀流量模型及调节阀控制模型进行建立，确定进气控制系统的二阶系统模型；步骤2:基于所构建的二阶系统模型确定非光滑反馈函数算法；步骤3:基于典型的二阶积分系统，应用所述非光滑反馈函数构造非线性增强滤波算法；步骤4：引入调整信号幅值参数与相位补偿参数提升非线性增强滤波算法的信号处理方法，并且将进气控制系统中的压力输出信号输入到所述非线性增强滤波算法中，以获取有效的压力输出滤波信号；步骤5:所述压力输出滤波信号反馈至非光滑反馈滑模控制器中，并将非光滑反馈滑模控制器算法和非线性增强滤波算法共同作用于进气控制系统中，以对航空发动机过渡态试验中进气压力的控制。步骤6:重复上述步骤2～5，对航空发动机过渡态试验中进气压力进行实时控制，确保实验控制的准确性。2.根据权利要求1所述的基于非光滑反馈函数的高空台进气系统抗扰控制方法，其特征在于，所述非光滑反馈函数，采用构造非线性增强滤波算法以对压力信号进行滤波处理，且采用非光滑反馈函数设计滑模反馈至控制器。3.根据权利要求2所述的基于非光滑反馈函数的高空台进气系统抗扰控制方法，其特征在于，对步骤1中进气压力控制系统的模型进行转化且满足：其中x1，x2为系统的状态变量，即包括压力输出与压力输出的微分量；w为系统的等效总扰动和；n1为系统被控输出中包含的随机噪声；得到如下的非光滑反馈函数算法：u＝GKT(x1，x2，r，h)
其中，为新型饱和切换函数，用于切换公式中的滑模形态，使得状态在转移过程中降低抖振现象；h为进气压力控制系统的采样步长；r为控制量的约束极值且与系统状态转移过程的速度相关；φ，S为控制量构造过程中的中间变量；U
a
和U
b
为中间控制量...

【专利技术属性】
技术研发人员：但志宏，张松，张和洪，钱秋朦，王信，赵伟，陈宇梅，裴希同，贾伟，
申请(专利权)人：中国航发四川燃气涡轮研究院，
类型：发明
国别省市：