[发明专利]一种基于状态估计的航空发动机分布式控制设计方法

说明书

本发明公开了一种基于状态估计的航空发动机分布式控制设计方法，包括建立基于TrueTime工具箱的航空发动机分布式控制系统模型、利用二分法建立网络信道丢包模型、设计基于两类不同Kalman滤波器的丢包状态估计器、基于状态估计器发送的状态估计值，设计PI增量型控制器、在基于TrueTime工具箱的航空发动机分布式控制系统模型中，融合基于Kalman滤波器的丢包状态估计器和PI控制器；通过丢包状态的估计值来设计发动机分布式控制，抑制控制器输入状态的误差，提高控制器输入信息的准确性和控制器设计的灵活性，采用TrueTime工具箱进行数字仿真具有通用性，有利于分析各类参数对网络控制系统性能的影响。

技术领域

本发明涉及航空发动机控制技术领域，尤其涉及一种基于状态估计的航空发动机分布式控制设计方法。

背景技术

航空发动机分布式控制系统中，信号通过网络在控制器、传感器和执行机构之间传输，其实质是一类网络控制系统(Network Control System简称NCS)；TrueTime工具箱是针对网络控制系统开发的一个基于Matlab/Simulink的仿真平台，利用TrueTime工具箱可以构建分布式实时控制系统的动态过程、控制任务执行以及网络交互的联合仿真环境，在该仿真环境中，可以研究多数调度策略和物理层网络协议对控制系统性能的影响，其控制任务既可以用C++代码编写，也可以用Matlab的M文件编写，还可以利用Simulink仿真模块的形式实现，具有简单、成本低、代码开放的优点，还可以很方便地进行网络控制器设计，是对网络控制系统迟延补偿算法和不同资源调度算法仿真的理想平台。

在NCS中，各部件要通过共享网络来进行系统信息交换，而通过网络进行数据交换不可避免会带来数据传输时间延迟、丢包、数据包时序错乱等问题，这些问题主要集中发生在信号从传感器传输到控制器以及控制信号从控制器传输到执行机构过程，数据丢包或是数据传输延迟可能增大控制系统的超调量，响应变慢，调节时间变长，甚至严重可能直接导致系统不稳定，因此，本发明提出一种基于状态估计的航空发动机分布式控制设计方法。

发明内容

针对上述问题，为了克服航空发动机分布式控制系统中数据传输丢包对控制效果的不良影响，本发明通过对分布式控制系统中数据传输丢包采用状态估计，可以进一步抑制控制器输入状态的误差，提高控制器输入信息的准确性，起到改善控制效果的作用，通过采用TrueTime工具箱进行数字仿真具有通用性，有利于分析各类参数对网络控制系统性能的影响。

本发明提出一种基于状态估计的航空发动机分布式控制设计方法，包括以下步骤：

步骤一：建立基于TrueTime工具箱的航空发动机分布式控制系统模型；

步骤二：利用二分法建立网络信道丢包模型；

步骤三：设计基于两类不同Kalman滤波器的丢包状态估计器；

步骤四：基于状态估计器发送的状态估计值，设计PI增量型控制器；

步骤五：在基于TrueTime工具箱的航空发动机分布式控制系统模型中，融合基于Kalman滤波器的丢包状态估计器和PI增量型控制器。

进一步改进在于：所述步骤一中基于TrueTime工具箱的航空发动机分布式控制系统模型的具体构建步骤为：

步骤1-1：首先选择状态变量为高压转子转速n_H，控制变量为主燃烧室燃油流量W_f，然后依据航空发动机的部件级模型，利用系统辨识方法建立航空发动机W_f-n_H回路传递函数模型；

步骤1-2：依据TrueTime工具箱中固有模块，选择TrueTime Kernel模块设计航空发动机分布式控制系统中传感器、控制器及执行机构的网络节点，选择TrueTime Network模块建立分布式控制系统网络模型；