[发明专利]一种航空发动机抗加力扰动方法

说明书

本发明提供了一种航空发动机抗加力扰动方法，属于航空宇航推进理论与工程中的系统控制与仿真技术领域。本发明提出一种加力过程ADRC补偿控制算法，即发动机在开通加力阶段压比回路采用MPC+ADRC控制，利用ADRC的干扰超前补偿作用，在保持原有模型预测控制器主控制器优异的稳态和过渡态性能以及约束管理能力的同时，解决加力过程造成的主核心机扰动问题。数值仿真表明，在采用ADRC补偿控制器后，相比未采用补偿器，加力的快速开通和关断过程对核心机工作的扰动明显减小，表明了本发明的抗加力补偿器设计方法的有效性和优越性，可以扩展到其他理论中。

技术领域

本发明提供了一种航空发动机抗加力扰动方法，属于航空宇航推进理论与工程中的系统控制与仿真领域。

背景技术

航空发动机补燃加力的接通和关断会对主发动机转速控制系统形成一种扰动，加力过渡过程控制系统的设计要求，就是要保证各部件参数之间的协调变化，使发动机安全、稳定、可靠的工作，并提供可靠的推力。根据航空发动机原理，发动机空中停车一般发生在加力起动和关闭过程，加力时如果主发动机变化较大，将可能导致发动机喘振甚至停车。采用模型预测控制作为主控制器时，因为模型预测控制器的基于模型的特点，当加力接通和关断时，发动机非线性增强，模型预测控制很可能无法保证主发动机不受干扰。本发明提出一种加力过程ADRC补偿控制算法，即发动机在开通加力阶段压比回路采用MPC+ADRC控制，利用ADRC的干扰超前补偿作用，在保持原有模型预测控制器主控制器优异的稳态和过渡态性能以及约束管理能力的同时，解决加力造成的主核心机扰动问题。目前为止，没有专利公开在模型预测控制器基础上基于航空发动机的抗加力扰动方法。

发明内容

为了解决模型预测控制做主控制器时，快速开通和关断加力对核心机造成的干扰，本发明提出了一种航空发动机抗加力扰动方法。

一种航空发动机抗加力扰动方法，包括以下步骤：

第一步，搭建模型预测控制主控制系统；

第二步，设计ADRC补偿控制器；

第三步，数值仿真验证。

现具体阐述如下：

第一步，搭建模型预测控制主控制系统；

由航空发动机原理知，高压转子转速和发动机推力和功率直接相关，涡轮落压比在加力开通和关断对保持核心机状态影响很大，因此选择主燃油控制转速、尾喷管面积控制压比的控制计划。再由模型预测控制基本原理，设计多变量控制器，使航空发动机完成起动到慢车、中间的状态控制，保证航空发动机稳态、过渡态控制和输入输出约束管理。

第二步，设计ADRC补偿控制器；

由于模型预测控制基于当前时刻获得预测模型，而加力的快速开通和关断会使增加航空发动机非线性变强，因此基于模型预测控制的主核心机会产生较大扰动。ADRC包括微分跟踪器、扩张状态观测器、非线性状态误差控制器，将ADRC作为压比回路的补偿器，可实现对动态及干扰的估计。

第三步，数值仿真验证。

为了验证设计的ADRC补偿器的性能，基于某型军用小涵道比涡扇发动机非线性模型，首先使航空发动机从起动到达最大不加力中间状态，并通过快推油门杆角度实现发动机快速进出加力状态，以验证ADRC补偿器的抗干扰能力。

本发明的有益效果：

航空发动机快速开通和关断加力对核心机是一种扰动，尤其因为模型预测控制基于模型而对干扰敏感的特点，本发明采用一种在加力过程用ADRC做补偿器的方法，为了减小加力扰动对核心机的影响。数值仿真表明，设计的MPC+ADRC控制器在保持原有模型预测控制器优异的稳态、过渡态性能和约束管理能力的同时，有效的消除了加力扰动对核心机的影响。本发明设计方法简单，扩展性强，为其他具有相同特性的控制器抗干扰提供了参考。

附图说明