[发明专利]针对输入受限的模型参考双边界投影自适应控制方法

说明书

本发明公开一种针对输入受限的模型参考双边界投影自适应控制方法，包括以下步骤：获取发动机的输入特性并设计参考模型；设计标准自适应更新律；将标准自适应更新律升级为投影自适应更新律；利用输入限制量建立控制参数投影域。本发明通过双边界投影算子实现输入受限情况下的控制器参数自适应更新，以解决传统模型参考自适应控制器在输入受限情况下参数漂移的问题。该方法中，利用输入限制量建立参数投影域的办法可适用于各类输入受限情况下的模型参考投影自适应控制器设计，对于不同的动力机械系统具有普遍适用性。

技术领域

本发明涉及一种针对输入受限的模型参考双边界投影自适应控制方法，其属于航空发动机控制领域。

背景技术

航空发动机是一类复杂的强非线性控制对象，难以用线性的控制方法设计发动机控制系统。传统的面向航空发动机这一对象的控制方法是基于线性模型设计，如基于传递函数模型的比例积分控制方法，基于状态空间模型的多变量控制方法。然而实际工作中对象的系统参数不仅随着自身状态的改变而改变而且还与外部环境相关(如高度，马赫数等)，因此其系统参数是具有不确定性的，导致基于线性模型的方法控制效果不佳。

目前模型参考自适应控制是解决系统参数不确定性的一种较为成熟的方法，其通过自适应律更新控制参数使得闭环系统的响应满足预期性能要求，并且不需要详细的对象信息只需相关的输入特性即可进行设计，免去了对对象进行系统辨识或建模的过程。但是当输入受限时，模型参考自适应控制中的自适应机构仍然会不断更新参数以使输出更加贴近参考模型，但此时的更新的参数并不会对响应产生影响，甚至会导致参数漂移的发生，结果可能引起系统的不稳定。针对输入受限的模型参考双边界投影自适应控制方法，在保留模型参考自适应控制良好自适应能力的同时，通过投影算子实现输入受限时的控制参数上下界限制，从而保证系统的稳定。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于克服传统模型参考自适应控制在输入受限时控制参数产生漂移，导致控制效果变差甚至系统不稳定的问题。在标准的模型参考自适应控制的基础上将自适应律升级为投影自适应律，投影算子的投影域采用了双边界的方案，使得投影算子对于控制参数的限制由仅限制最大值升级为了上下界限制，满足了发动机输入限制的要求，对控制参数的限制保证了控制器计算所得的控制量不会超过输入限制，从而是实现了输入受限下对航空发动机的模型参考自适应控制。

为了实现上述目的，一种针对输入受限的模型参考双边界投影自适应控制方法，包括以下步骤：

步骤1：获取发动机的输入特性并设计参考模型；

步骤2：设计标准自适应更新律；

步骤3：将标准自适应更新律升级为投影自适应更新律；

步骤4：利用输入限制量建立控制参数投影域。

进一步的，所述步骤1中的具体步骤如下：

步骤1-1：航空发动机能以式(1)的形式表示

式中，x_p(t)为被控对象的状态，u(t)为控制输入，a_p和b_p为未知参数，其具有不确定性，b_p表征了系统的输入特性，对输入进行阶跃，对响应曲线进行分析即可获得b_p的符号信息。

步骤1-2：依照预设的性能要求构建参考信号，其由参考模型(2)产生

式中，x_m(t)为参考模型的状态，r(t)为有界且分段连续的参考指令，a_m＜0、b_m为已知常数，由设计者根据性能要求选定。

进一步的，所述步骤2中的具体步骤如下：

步骤2-1：定义状态跟踪误差为