发动机尾喷管执行机构自适应控制方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种发动机尾喷管执行机构自适应控制方法。本发明专利技术对传统史密斯预估器进行了改进，并将其与二阶线性LADRC控制器相结合，来对发动机尾喷管执行机构进行控制，改进的史密斯预估器包括一个传统史密斯预估器和一个一阶滤波器，传统史密斯预估器的系统内置模型经过时滞环节的输出y1与被控对象的输出y

【技术实现步骤摘要】
发动机尾喷管执行机构自适应控制方法及装置


[0001]本专利技术涉及一种发动机尾喷管执行机构的控制方法，属于航空航宇发动机控制


技术介绍

[0002]为了保证航空发动机排气具有很高的动能，尾喷管的设计性能应当预先经过良好的计算设计。由于航空发动机的飞行过程包括整个包线，其工作过程及其复杂，因此需要对尾喷管的执行机构加以控制，才可以在多变的过程中，保证航空发动机的正常工作。在全包线范围内，尾喷管面临异常恶劣的工作环境，在工作循环次数增加时，性能退化无可避免，其执行机构难免在高温高压的工作环境下经历各种退化。在退化参数变化较小时，简单的控制难以在控制对象改变时，满足原来的动态性能，因此需要采用可根据退化条件自适应调节的控制系统，以此保证配喷管执行机构能的安全性和可靠性。当尾喷管执行机构液压元件老化，使得轴承的位移积分时间常数变大，产生增益退化，导致系统响应时间变长，无法及时达到稳态值。由于执行机构的温度、液位、压力均具有纯滞后特性，运行一定时间后会产生延迟退化，导致系统稳定性降低，过渡过程动态性能降低。因此需要对该故障进行相应的故障检测，或者设计出鲁棒性较好的控制器来提高系统的容错性能，使得发动机的性能得到更高效的利用，以此提高飞行器的整体性能。
[0003]针对在多次循环工作下载荷变化对系统产生的干扰信号，被控对象会由于退化产生的参数不确定的问题，Turso[Robust Control of Deteriorated Turbofan Engines via Linear Parameter Varing Quadratic Lyapunov Function Design[C]]、与岳欣[基于积分鲁棒的电液负载模拟器渐近跟踪控制[J]]的团队以液压作动筒为被控对象，设计了参数自适应方法与积分鲁棒控制相结合的一种自适应主动容错控制器，使得控制效果的位置跟踪能力得到提高，增加了系统的容错能力。邵文馨[快速模拟退火算法优化BP模糊神经网络航空发动机控制[J]]的团队采用BP模糊神经网络对航空发动机执行机构的PID控制器进行优化调整，丁凯锋[基于Adaline网的航空发动机自适应控制[J]]采用两层线性Adaline网实现了全飞行包线内发动机的在线控制，但依旧存在结构复杂，调整时间长，控制器参数需要实时更新等问题，刘小雨[基于无模型自适应的航空发动机控制与验证[D]]采用了比例控制和抗饱和方法结合的PI控制，实现了对含执行机构退化的航空发动机模型进行自适应控制，张天宏[航空发动机部件性能退化容错控制[J]]等人提出基于滑模控制器的部件性能退化主动容错控制设计，使得发动机具有良好的动态特性，但在应用过程中需重新配置控制参数。姬晓东[基于ADRC的航空发动机过渡态控制研究[D]]等人采用基于ADRC的航空发动机过渡态闭环控制，提高了航空发动机加/减速过程的灵活性，但是并没有有对执行机构进行直接控制。
[0004]现有技术均存在尾喷管执行机构不同类型退化所导致的控制精度降低的问题，因此，为了解决这一问题，有必要开展具有自适应能力的控制方法研究。

技术实现思路

[0005]本专利技术所要解决的技术问题在于克服现有技术所存在的尾喷管执行机构不同类型退化所导致的控制精度降低的问题，提供一种发动机尾喷管执行机构自适应控制方法，可在尾喷管执行机构发生增益退化以及延迟退化等各类退化时，依旧能保持较高的控制精度。
[0006]一种发动机尾喷管执行机构自适应控制方法，使用一个二阶线性LADRC控制器对所述发动机尾喷管执行机构进行控制，并利用一个改进的史密斯预估器对所述发动机尾喷管执行机构的系统输出y进行整定，最后将改进的史密斯预估器输出的整定后系统输出y
′
作为LADRC控制器中的状态观测器ESO的输入信号反馈回二阶线性LADRC控制器；所述改进的史密斯预估器包括一个传统史密斯预估器和一个一阶滤波器，传统史密斯预估器的系统内置模型经过时滞环节的输出y1与被控对象的输出y
p
间的差值dy经所述一阶滤波器进行滤波处理以补偿模型失准，传统史密斯预估器的系统内置模型不经过时滞环节的输出y
p
'与所述一阶滤波器的输出信号之和作为改进的史密斯预估器输出的整定后系统输出y
′
。
[0007]优选地，使用极点配置法来进行所述二阶线性LADRC控制器的参数整定。
[0008]基于同一专利技术构思还可以得到以下技术方案：
[0009]一种发动机尾喷管执行机构自适应控制装置，包括：
[0010]一个二阶线性LADRC控制器，用于对所述发动机尾喷管执行机构进行控制；一个改进的史密斯预估器，用于对所述发动机尾喷管执行机构的系统输出y进行整定，并将改进的史密斯预估器输出的整定后系统输出y
′
作为LADRC控制器中的状态观测器ESO的输入信号反馈回二阶线性LADRC控制器；所述改进的史密斯预估器包括一个传统史密斯预估器和一个一阶滤波器，传统史密斯预估器的系统内置模型经过时滞环节的输出y1与被控对象的输出y
p
间的差值dy经所述一阶滤波器进行滤波处理以补偿模型失准，传统史密斯预估器的系统内置模型不经过时滞环节的输出y
p
'与所述一阶滤波器的输出信号之和作为改进的史密斯预估器输出的整定后系统输出y
′
。
[0011]优选地，使用极点配置法来进行所述二阶线性LADRC控制器的参数整定。
[0012]相比现有技术，本专利技术技术方案具有以下有益效果：
[0013]本专利技术针对发动机尾喷管执行机构不同类型退化所导致的控制精度降低的问题，将传统史密斯预估器进行改进，并将其与LADRC控制器有机结合，可实现在执行机构发生增益退化以及延迟退化等各类退化时，保证系统依旧能保持较高的控制精度；经实际实验验证，本专利技术所提出的自适应控制方法在面对来自系统外部扰动时，能够更快的消除扰动的影响，相比PID控制拥有更强的稳定性，在系统发生内部扰动时可实现的良好动态指令跟踪，相比PID控制具有更强的适用性与鲁棒性。
附图说明
[0014]图1为尾喷管喉道截面面积控制回路图；
[0015]图2为改进的史密斯预估器的控制结构图；
[0016]图3为本专利技术控制装置的控制结构图；
[0017]图4为无退化时加入改进的史密斯预估器前后的PID控制效果图；
[0018]图5(a)为20ms延迟退化时加入改进的史密斯预估器前后的PID控制效果图；
[0019]图5(b)为40ms延迟退化时加入改进的史密斯预估器前后的PID控制效果图；
[0020]图6为无退化时加入改进的史密斯预估器前后的LADRC控制效果图；
[0021]图7(a)为20ms延迟退化时加入改进的史密斯预估器前后的LADRC控制效果图；
[0022]图7(b)为40ms延迟退化时加入改进的史密斯预估器前后的LADRC控制效果图；
[0023]图8为无退化时加入改进的史密本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种发动机尾喷管执行机构自适应控制方法，其特征在于，使用一个二阶线性LADRC控制器对所述发动机尾喷管执行机构进行控制，并利用一个改进的史密斯预估器对所述发动机尾喷管执行机构的系统输出y进行整定，最后将改进的史密斯预估器输出的整定后系统输出y
′
作为LADRC控制器中的状态观测器ESO的输入信号反馈回二阶线性LADRC控制器；所述改进的史密斯预估器包括一个传统史密斯预估器和一个一阶滤波器，传统史密斯预估器的系统内置模型经过时滞环节的输出y1与被控对象的输出y
p
间的差值dy经所述一阶滤波器进行滤波处理以补偿模型失准，传统史密斯预估器的系统内置模型不经过时滞环节的输出y
p
'与所述一阶滤波器的输出信号之和作为改进的史密斯预估器输出的整定后系统输出y
′
。2.如权利要求1所述发动机尾喷管执行机构自适应控制方法，其特征在于，使用极点配置法来进行所述二阶线性LADRC控制器的参数整定。3.一种发...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡旭，蔡常鹏，郑前钢，张海波，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：