航空发动机PID控制频域设计方法研究

来源 :南京航空航天大学 | 被引量 : 6次 | 上传用户:chenjiechn
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目前航空发动机控制系统主要采用PID控制,其参数的整定主要采用时域方法。但在控制系统的设计过程中,控制参数的整定仍是控制系统设计的难点问题。我国采用频率响应分析法对航空发动机PID控制系统的参数整定研究还不多,因此本文针对发动机PID控制的频域设计方法开展研究。针对某型涡扇发动机非线性部件级模型,通过对频率响应的辨识,研究建立发动机的线性模型的方法。建立了飞行包线内燃油量-高压转速、燃油量-低压转速和喷口-压比的线性模型,并采用阶跃响应验证了模型的精度。针对考虑执行机构的航空发动机转速和压比PI控制系统,提出了考虑幅值裕度、相角裕度和时域指标的参数最优整定方法。通过控制系统的稳定裕度指标得到控制参数可选区域,在这个区域上利用时域性能指标对参数进行优化,获得了包线内不同工作点处中间状态的最优控制参数。对发动机线性模型和非线性模型的仿真验证均有较好的控制效果。分析了航空发动机稳定裕度、穿越频率、截止频率、闭环带宽等频域性能指标在飞行包线内的变化规律,并提出一种具有精确幅值裕度和相角裕度的PID控制参数频域整定方法。在飞行包线内不同工况下,通过二维插值得到的幅值裕度和相位裕度并整定得到高、低压转速和压比PI控制的参数,仿真验证了该方法的有效性。提出了控制系统的鲁棒频域设计方法,根据推广到时滞系统的棱边定理,求得不确定系统族棱边系统的稳定域交集,得到鲁棒控制参数的取值范围。非线性模型的仿真效果表明,该方法具有满意的控制效果,提高了系统的鲁棒性。
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