根据NASA的公开报告,燃气涡轮发动机控制系统应当满足两个功能:1.功率管理功能,即实现稳态控制和过渡态控制;2.限制管理功能,即保证稳态和过渡态控制过程中发动机不出现超温、超转、失速、喘振等不良现象。针对这两点控制目标,目前航空发动机普遍采用PID线性控制器加Min-Max选择逻辑结构来满足设计要求。然而,这一传统结构只能在一般情况下满足美国联邦航空局对发动机响应时间的要求。近年来越来越多参考文献表明这一结构不可避免地具有一定保守性:1.当限制量还远未达到其限制线时,相应的限制器就被激活,致使发动机难以获得更快的动态响应;2.只能保证稳态时不超限制,并不能保证过渡态限制保护效果;3. Min-Max选择结构容易导致参数在限制线附近的震荡现象。因此针对传统线控制器Min-Max结构的保守性,各种先进控制算法陆续被提出(例如模型预测控制(MPC)、自适应控制、滑模变结构控制、智能控制等),其中MPC控制因其显式地处理系统约束并且在实际复杂控制中显现出来良好的鲁棒性能,受到航空发动机控制领域的关注。本文就某型涡轴发动机设计MPC控制策略,在保证动力涡轮转速恒定的情况下提供直升机旋翼变化所需求的功率,同时保证加速过程涡轮前温度不超限、减速过渡态时燃烧室不熄火。最后通过与基于油气比计划的传统Min-Max限制保护机制做对比,进一步验证传统方法的保守性以及MPC方法有效性。