航空发动机多变量变增益控制器设计及仿真

来源 :北京航空航天大学学报 | 被引量 : 0次 | 上传用户:haokanhaowan123
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针对航空发动机全包线工作下的多变量变增益控制器设计问题,给出了一种改进的埃德蒙德算法(以下简称KQ算法)并进行了仿真应用。首先,阐明了多变量KQ算法的控制原理与优化算法,进而通过闭环期望函数选择、控制器结构选择以及控制器参数优化进行了KQ控制器设计,并针对所设计的KQ控制器,给出了稳定性证明和系统奇异值分析。分析表明所设计KQ控制器能够使系统闭环稳定,且具有满意的低频指令跟踪、干扰抑制能力、传感器噪声的抑制、高频未建模动态的鲁棒稳定性和低频发动机建模误差不敏感等性能,满足发动机控制要求。其次,通过调度变量选择、设计点KQ控制器设计以及采用插值方法的非设计点KQ控制器设计等过程实现某型涡扇发动机的多变量KQ变增益控制器设计研究,并进行仿真验证。仿真结果表明,设计点条件下,当涡轮后温度和增压比参考输入均为阶跃信号时,其被控参数响应速度很快,且上升时间均小于1 s,耦合影响小于6%,设计点KQ控制器满足控制要求;非设计点条件下,利用插值方法建立的KQ变增益控制器具有较好的性能,能够实现该型涡扇发动机全包线控制性能要求。 Aiming at the design of multivariable variable gain controller with all-envelope aeroengine, an improved Edmund algorithm (hereinafter referred to as KQ algorithm) is given and simulated. First of all, the control principle and optimization algorithm of multivariable KQ algorithm are clarified. Then, the design of KQ controller through the selection of closed-loop expectation function, the selection of controller structure and the optimization of controller parameters are given. For the designed KQ controller, Stability Proof and Systematic Singular Value Analysis. The analysis shows that the designed KQ controller can make the system closed-loop stable, with satisfactory low-frequency command tracking, interference suppression, suppression of sensor noise, robust stability of high-frequency unmodeled dynamics and insensitivity of low-frequency engine modeling errors Performance, to meet the engine control requirements. Secondly, the multivariable KQ variable gain controller of a turbofan engine is designed and simulated through scheduling variable selection, design point KQ controller design and non-design point KQ controller design using interpolation method. The simulation results show that under the condition of design point, when the reference value of turbine after-temperature and boost ratio are both step-by-step signals, the controlled parameters respond quickly and the rise time is less than 1 s and the coupling effect is less than 6% Point KQ controller satisfies the control requirements. Under the condition of non-design point, the KQ variable gain controller established by interpolation method has good performance and can meet the requirements of all-envelope control performance of the turbofan engine.
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