基于合作博弈的航空发动机多变量鲁棒控制器优化方法技术

本发明专利技术公开了一种基于合作博弈的航空发动机多变量鲁棒控制器优化方法，包括以下步骤：步骤1)、建立航空发动机状态空间模型并设计控制器；步骤2)、基于控制器分析控制系统性能；步骤3)、基于性能分析构造合作博弈框架；步骤4)、建立基于合作博弈的控制器参数优化问题；步骤5)、利用数值法求解Pareto最优问题获得最优控制器参数。本发明专利技术将合作博弈理论引入航空发动机鲁棒控制器优化方法中，设计多变量鲁棒控制器最优参数，提出了基于合作博弈的参数优化框架和Pareto最优解的标量化求解方法。数优化框架和Pareto最优解的标量化求解方法。数优化框架和Pareto最优解的标量化求解方法。

【技术实现步骤摘要】
基于合作博弈的航空发动机多变量鲁棒控制器优化方法


[0001]本专利技术属于航空航天组合发动机控制
，具体涉及一种基于合作博弈的航空发动机多变量鲁棒控制器优化方法。

技术介绍

[0002]航空发动机对于飞机和航空事业的进步和发展具有极其重要的作用，被称为工业皇冠上的明珠。近年来，随着航空发动机性能的不断提高，如良好的稳定性及动态品质，足够高的稳态控制精度，大推重比以及高可靠性，对航空发动机控制系统提出了更高的要求。目前常用与航空发动机的几种经典现代控制方法有线性二次型最优控制和鲁棒控制等。线性二次型最优控制是基于线性系统理论提出来的，而航空发动是一个十分复杂的气动热力学系统，具有很强的非线性。因此，在将现代控制理论用于航空发动机时，首先需要将发动机非线性模型在稳态工作点上线性化，建立状态空间模型(或状态变量模型，SVM)，按照各点的状态空间模型设计控制器。然而，由于建模误差，建立的状态空间模型与实际发动机系统往往存在误差，这种不确定性会导致控制器的性能下降。鲁棒控制能够在系统存在不确定性和外部干扰时保持良好的稳定性和动态品质，因此常用于航本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于合作博弈的航空发动机多变量鲁棒控制器优化方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤1)，建立航空发动机状态空间模型并设计多变量鲁棒控制器；步骤2)，构造系统稳态和瞬态性能函数；步骤3)，基于稳态和瞬态性能函数，构造面向合作博弈的控制器参数优化成本函数；步骤4)，建立基于合作博弈的控制器参数优化问题；步骤5)，利用数值法求解Pareto最优问题获得最优控制器参数。2.根据权利要求1所述的一种基于合作博弈的航空发动机多变量鲁棒控制器优化方法，其特征在于：所述步骤1)中建立航空发动机状态空间模型并设计控制器的具体步骤如下：步骤1.1)，考虑建模误差、参数摄动、外界扰动这些不确定因素，航空发动机不确定非线性系统为其中，表示时间，表示状态，x0为初始状态，表示控制，表示包含系统不确定性和输入干扰的未知时变参数；为已知常数矩阵，
△
A(x,σ,t)、
△
B(x,σ,t)分别为取决于x、t以及未知时变参数σ的矩阵和向量；
△
A(
·
,t)、
△
B(
·
,t)是连续的并且
△
A(x,σ,
·
)、
△
B(x,σ,
·
)是Lebesgue可测的；步骤1.2)，采用模糊集描述时变不确定参数σ，即不确定参数都是有界的且在模糊集S
i
＝{(σ
i
,μ
i
(σ
i
))|σ
i
∈∑
i
},i＝1,2,
…
,p(2)范围内，其中∑
i
为已知闭紧集，μ
i
为隶属度函数，且有μ
i
:Σ
i
→
[0,1]；步骤1.3)，基于航空发动机的部件级模型，采用小扰动法建立发动机模糊动态系统模型，获取系统(1)的系数矩阵A、B，且(A,B)可稳定，考虑Riccati方程A
T
P+PA
‑
2PBR
‑1B
T
P+Q＝0(3)其中Q、R为大于0的适维矩阵，由于(A,B)可稳，存在矩阵P使得式(3)成立；构造矩阵D(x,σ,t)、E(x,σ,t)使得构造模糊数ρ
D
、满足其中，λ
m
(λ
M
)为相应矩阵的最小或最大特征值；步骤1.4)，针对建立的航空发动机模糊动态系统(1)，设计鲁棒控制器：u(t)＝
‑
R
‑1B
T
Px(t)
‑
γ||x(t)||
η
R
‑1B
T
Px(t)(6)
其中γ、η为可调实参数，它们的调节范围分别为γ∈(0,+∞)、η∈[2,+∞)，P为Riccati方程(3)的解。3.根据权利要求2所述的一种基于合作博弈的航空发动机多变量鲁棒控制器优化方法，其特征在于：所述步骤2)中构造系统稳态和动态性能函数的具体步骤如下：步骤2.1)，考虑Lyapunov函数V＝x<...

【专利技术属性】
技术研发人员：潘慕绚，程珂，周文祥，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：