[发明专利]变循环发动机的非线性预测控制设计方法

权利要求书

1.一种变循环发动机的非线性预测控制设计方法，其特征在于，包括步骤如下：

步骤1：建立变循环发动机模型框图的标准形式；

步骤2：针对标准形式获得非线性广义最小方差控制器；

步骤3：评估非线性广义最小方差控制器各设计参数对变循环发动机控制性能的影响；

步骤4：对比分析确定最优控制器设计参数。

2.根据权利要求1所述的变循环发动机的非线性预测控制设计方法，其特征在于，所述步骤1具体为：针对需要设计的变循环发动机，将其非线性特征用一个算子W_1k表示，然后用一线性状态空间模型表达传感器模型，得到变循环发动机模型框图的标准形式。

3.根据权利要求1所述的变循环发动机的非线性预测控制设计方法，其特征在于，所述步骤2具体为：考虑干扰、噪声、时滞同时存在情况下的系统模型，通过优化相应的性能指标，获得非线性广义最小方差控制器。

4.根据权利要求1所述的变循环发动机的非线性预测控制设计方法，其特征在于，所述步骤3具体为：所获得的非线性广义最小方差控制器含有预测步长、控制权重和时滞权重三个设计参数，对三个参数取不同的值则对应不同的控制性能，从而衡量了控制参数对变循环发动机控制性能的影响。

5.根据权利要求4所述的变循环发动机的非线性预测控制设计方法，其特征在于，所述步骤3还包括：

在步骤2获得发动机非线性预测广义最小方差最优控制律以及相应的实现方式基础上，展开对所设计出的最优控制律中的可调节参数F_ckN、-Λ²和N对变循环发动机控制性能的影响分析；其中N为预测步长，其决定了需要使用非线性算子的模块个数；Λ²为各控制变量在性能指标中的权重；F_ckN为考虑系统时滞的控制权重，最优控制律设计将围绕上述三个变量选取而展开，设计思路整理如下：

(1)预测步长N

预测步长N在性能指标中有所体现，其值越大，则需要使用非线性算子的模块的个数越多，同样也增加了设计中的计算量，为了减少计算量，往往把预测步长N取N＝1，N越小则系统呈现出越大的阻尼；

(2)控制变量权重Λ²

Λ²表示各个控制变量在性能指标中的权重，其元素大小决定各控制变量的惩罚效果，其值体现性能指标对误差方差的重视程度：其每个元素都较小时，说明性能指标以误差为主导，不考虑控制代价；其每个元素都较大时，则表示性能指标以控制代价为主导；将Λ²选取为λ×diag(a,b,c)，选定特定的a,b,c值后，通过调节λ来确定最终的Λ²值；

(3)系统时滞的控制权重F_ckN

在广义预测控制领域，F_ckN值决定了最优控制律的性能，通常采取的策略是：首先采用PID控制方法对被控对象进行控制，并保持一定的控制精度，此时能获得一组PID参数C_PID(z^-1)，于是可将F_ckN设置为C_PID(z^-1)。

6.根据权利要求1所述的变循环发动机的非线性预测控制设计方法，其特征在于，所述步骤4具体为：针对PID控制器，在步骤3的基础上，选取合适的控制参数组合，以获得变循环发动机控制性能的提升，确定最终的控制参数或者给出不同的备选方案，最终完成控制器的设计。