尹超

摘 要：介紹了一種自適應控制方法應用于航空發(fā)動機控制系統(tǒng)。在航空發(fā)動機過渡態(tài)控制過程中，發(fā)動機是一個系統(tǒng)參數時變的被控對象。通過利用狀態(tài)反饋，設計了一種基于穩(wěn)定參考模型的自適應控制算法，可以跟隨時變系統(tǒng)在線調整控制參數。在確?？刂葡到y(tǒng)穩(wěn)定的基礎上，有效提高了時變系統(tǒng)在全范圍的控制品質和魯棒性。

關鍵詞：航空發(fā)動機；自適應控制；仿真

DOIDOI：10.11907/rjdk.151309

中圖分類號：TP301 文獻標識碼：A 文章編號：1672-7800（2015）007-0046-02

0 引言

航空發(fā)動機是一個參數時變和具有不確定性干擾的高復雜系統(tǒng)。因此，航空發(fā)動機控制系統(tǒng)克服系統(tǒng)參數的變化和不確定性干擾，以確保系統(tǒng)的穩(wěn)定性和控制品質，顯得尤為重要[1]。

根據航空發(fā)動機的特點，一般的控制是采用可調控制增益的方法。本文提出一種自適應的控制方法，通過利用狀態(tài)反饋，設計一種基于穩(wěn)定參考模型的自適應控制算法，可以跟隨時變系統(tǒng)在線調整控制參數，從而有效地提高控制品質，確保系統(tǒng)全局穩(wěn)定[2]。

1 航空發(fā)動機建模

航空發(fā)動機的非線性數學模型如下所示：

式中，wf（t）為燃油輸入量，p3（t）為高壓壓氣機進口壓力輸出量，p5（t）為高壓渦輪出口壓力輸出量，T5（t）為高壓渦輪出口溫度輸出量，w（t）為有界不確定性干擾。

2 自適應控制律設計

根據被控對象的特點，設計參考模型，如下所示[3]：

設計的自適應控制律的形式如下所示[4]：

則航空發(fā)動機線性時變方程為[5]：

3 仿真

航空發(fā)動機過渡態(tài)控制的目標是使發(fā)動機轉速在合理的時間內，克服過渡態(tài)中系統(tǒng)參數時變的影響以及外界的不確定性干擾，達到要求的目標轉速，并在此過程中，發(fā)動機各工作截面的溫度和壓力在合理區(qū)間之內，不出現超溫超壓的現象。航空發(fā)動機控制系統(tǒng)硬件的回路仿真是將所設計的發(fā)動機控制律轉換成目標碼，下裝至發(fā)動機控制器中，并將航空發(fā)動機控制系統(tǒng)硬件在回路試驗環(huán)境中進行閉環(huán)仿真。首先，需搭建硬件回路仿真試驗環(huán)境，包括實時仿真計算機、信號調理單元、電源模擬單元、通信單元以及故障注入單元等。然后，利用Matlab建立航空發(fā)動機的數學模型，以及各傳感器、作動器等模型，并使用Matlab/RTW工具生成代碼后，下裝至實時仿真計算機內運行。在試驗環(huán)境搭建完畢后，根據發(fā)動機調節(jié)計劃推動油門桿，向發(fā)動機控制器發(fā)出目標轉速指令?？刂破鞲鶕l(fā)動機各工作截面參數，通過控制律計算出發(fā)動機的燃油供油量，以驅動發(fā)動機在規(guī)定時間內達到目標轉速，并確保在此過程中不出現超溫超壓現象[6]。

以下為在某工況下，航空發(fā)動機過渡態(tài)控制硬件在回路仿真的結果。通過快速推動油門桿，使發(fā)動機的目標轉速從60%提升到80%，控制律根據指令及發(fā)動機狀態(tài)，實時解算出發(fā)動機燃油的供油量，以推動發(fā)動機迅速達到目標轉速。通過設置參考模型，航空發(fā)動機的過渡態(tài)仿真如圖1～圖3所示。

由仿真曲線可知，在過渡態(tài)過程中，發(fā)動機轉速達到了快速、平穩(wěn)、超調量小的控制品質，并且確保了發(fā)動機的高壓渦輪出口等各工作截面的溫度和壓力變化相對平穩(wěn)，且未出現超溫超壓現象，從而達到了預期的控制效果。

4 結語

本文設計了一種自適應控制算法，并應用于航空發(fā)動機控制。該算法利用狀態(tài)反饋，設計了一種基于穩(wěn)定參考模型的自適應控制律，可跟隨時變系統(tǒng)在線調整控制參數，有效提高控制品質和魯棒性。通過對航空發(fā)動機某工況下的過渡態(tài)控制仿真，結果表明：該算法在確保發(fā)動機的溫度、壓力狀態(tài)可控的條件下，有效地提高了控制品質。

圖3 高壓渦輪出口壓力仿真曲線

參考文獻：

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（責任編輯：黃 ?。?