基于ADRC的航空發(fā)動機過渡態(tài)控制研究.pdf

1、航空發(fā)動機是一個結(jié)構(gòu)復(fù)雜、強非線性的被控對象，并且有著寬廣的飛行包線。如何設(shè)計控制器使發(fā)動機在不同的飛行條件下都能安全運行且能達到期望的性能是發(fā)動機控制系統(tǒng)設(shè)計的關(guān)鍵問題。航空發(fā)動機過渡態(tài)控制在發(fā)動機控制系統(tǒng)設(shè)計中占據(jù)著重要的地位，傳統(tǒng)的基于開環(huán)油氣比的過渡態(tài)控制不夠靈活，加/減速過程由提前設(shè)計的控制規(guī)律決定，不能根據(jù)具體飛行任務(wù)合理安排過渡時間，從而使得熱端部件壽命受到影響。此外，穩(wěn)態(tài)控制器和加/減速計劃之間的切換會引起積分飽和問題。

2、針對上述航空發(fā)動機加/減速過渡態(tài)的控制問題，本文提出了一種基于自抗擾控制（Active Disturbance Rejection Control，ADRC）技術(shù)的航空發(fā)動機過渡態(tài)閉環(huán)控制設(shè)計方法。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴根據(jù)期望的加/減速響應(yīng)時間，利用跟蹤微分器安排過渡過程；利用非線性擴張狀態(tài)觀測器在線實時觀測高壓轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)子加速度以及系統(tǒng)總擾動，并通過非線性PD控制器實現(xiàn)ADRC控制，避免了積分飽和問題。同時，為保證發(fā)動

3、機安全運行，利用加/減速計劃及穩(wěn)態(tài)工況處的穩(wěn)態(tài)燃油流量構(gòu)造 ADRC輸出飽和限制器使發(fā)動機運行在安全范圍內(nèi)。最后，與傳統(tǒng)開環(huán)油氣比控制做了數(shù)字仿真對比實驗。仿真結(jié)果表明：基于ADRC的航空發(fā)動機過渡態(tài)閉環(huán)控制能根據(jù)期望的響應(yīng)時間合理安排過渡過程跟蹤目標(biāo)，使燃油輸入在加/減速計劃限制的范圍內(nèi)變化；與開環(huán)油氣比控制相比，避免了積分飽和現(xiàn)象，提高了加/減速過程的靈活性，在不要求響應(yīng)速度最快的情況下，可顯著降低渦輪前總溫的超調(diào)量，進而可延長熱端

4、部件使用壽命。⑵航空發(fā)動機過渡態(tài)控制在發(fā)動機控制系統(tǒng)設(shè)計中占據(jù)著重要的地位，傳統(tǒng)的基于開環(huán)油氣比的過渡態(tài)控制不夠靈活，加/減速過程由提前設(shè)計的控制規(guī)律決定，不能根據(jù)具體飛行任務(wù)合理安排過渡時間，從而使得熱端部件壽命受到影響。此外，穩(wěn)態(tài)控制器和加/減速計劃之間的切換會引起積分飽和問題。針對上述航空發(fā)動機加/減速過渡態(tài)的控制問題，提出了一種基于自抗擾控制（Active Disturbance Rejection Control，ADRC）技

5、術(shù)的航空發(fā)動機過渡態(tài)閉環(huán)控制設(shè)計方法。⑶根據(jù)期望的加/減速響應(yīng)時間，利用跟蹤微分器安排過渡過程；利用非線性擴張狀態(tài)觀測器在線實時觀測高壓轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)子加速度以及系統(tǒng)總擾動，并通過非線性PD控制器實現(xiàn)ADRC控制，避免了積分飽和問題。同時，為保證發(fā)動機安全運行，利用加/減速計劃及穩(wěn)態(tài)工況處的穩(wěn)態(tài)燃油流量構(gòu)造 ADRC輸出飽和限制器使發(fā)動機運行在安全范圍內(nèi)。最后，與傳統(tǒng)開環(huán)油氣比控制做了數(shù)字仿真對比實驗。仿真結(jié)果表明：基于ADRC的航空發(fā)動