基于增广LQR与区域极点配置方法的涡扇发动机多目标切换控制

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航空发动机的多目标控制是航空控制领域的研究重点同时也是难点。为了实现航空发动机在加速过程中同时满足快速响应和小超调的控制要求,本文针对航空发动机线性化模型的转速调节问题进行了研究。为了同时满足航空发动机的快速性和安全性的控制要求,设计了航空发动机调节/保护切换控制系统,为解决航空发动机运行时的安全保护问题提供了可能的切换策略。本文的主要工作包括:
  首先,针对某型双轴涡扇发动机的小偏差线性化模型,将控制量作为增广的状态量引入到原系统中,得到增广的线性化模型。基于上述模型,设计转速控制的两个子控制器。第一个子控制器是利用LQR控制理论设计的增广LQR状态反馈控制器,用来满足加速过程中快速响应的要求;第二个子控制器是利用区域极点配置的方法设计的状态反馈控制器,用来满足加速过程中具有小超调的要求。
  然后,根据所设计的两个转速子控制器,设计三种切换规则,并且通过仿真分析比较了三种切换规则情况下的系统性能。第一种是基于事件的切换规则,这种方法切换过程迅速,设计简单,易于实现,但是切换时控制输出会有一定程度的跳变,抗干扰能力较弱,并且系统稳定性较差;第二种是软切换规则,这种方法在切换时会有一个过渡过程,切换过程较为平缓,可以减小切换时控制输出的跳变,但是会降低系统的性能且设计复杂;第三种是满足平均驻留时间的基于事件的切换规则,这种方法将平均驻留时间和基于事件的切换规则结合在一起,不仅保证切换系统的稳定性,提高系统抗干扰能力,而且切换速度快,设计简单。
  最后,为了解决航空发动机快速响应和安全性的矛盾,设计航空发动机调节/保护控制系统。首先设计三个子控制回路,即转速控制回路、温度保护控制回路和喘振保护控制回路。其次设计用来安全保护的切换规则,即用于转速回路和温度保护回路的切换规则和用于转速回路和喘振保护回路的切换规则。通过仿真验证了上述切换规则的正确性和有效性。除此之外,本文还考虑到假超温和假喘振同时发生的极端条件,并给出了合理的切换原则。
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