航空發(fā)動機調(diào)節(jié)-保護系統(tǒng)多目標(biāo)控制問題研究.pdf

1、在飛行包線內(nèi)，隨著航空推進系統(tǒng)的環(huán)境和工作狀態(tài)(如巡航、最大、加速以及減速等狀態(tài))的變化，航空發(fā)動機的氣動熱力過程將發(fā)生很大的變化，不同工作狀態(tài)下控制性能也呈現(xiàn)不同的要求。本文針對航空發(fā)動機控制所面臨的快速響應(yīng)與安全性之間的矛盾，研究了航空發(fā)動機調(diào)節(jié)/保護的控制策略。
　　首先，通過分析航空發(fā)動機的控制任務(wù)、運行過程中的安全邊界，根據(jù)航空發(fā)動機運行時工況的復(fù)雜性，以及控制中的快速響應(yīng)與安全性之間的矛盾，提出了具有狀態(tài)約束、輸出量約

2、束、或狀態(tài)與輸出之間的組合函數(shù)約束的航空發(fā)動機調(diào)節(jié)/保護多目標(biāo)的控制問題。闡述了這個多目標(biāo)的控制問題本質(zhì)上可歸屬于一個多模型的控制問題。在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)上設(shè)置多個控制回路，并按照某種切換規(guī)則進行切換的控制模式。將安全性和快速響應(yīng)的指標(biāo)要求分解，在航空發(fā)動機正常運行時，投入正常的控制回路，保證發(fā)動機的性能要求；在系統(tǒng)運行逼近安全邊界時，則切換到保護控制回路，保證發(fā)動機的安全要求。從而通過在相對簡單的控制器之間的切換，解決航空發(fā)動機的快速響應(yīng)和安

3、全性之間的矛盾。
　　其次，分析了航空發(fā)動機多回路切換的規(guī)則。針對目前存在于航空發(fā)動機中的Min/Max規(guī)則進行了分析。分析了Min/Max規(guī)則對發(fā)動機動態(tài)響應(yīng)能力與安全性上帶來的優(yōu)勢，詳細闡述了Min/Max切換規(guī)則機理，指出了Min/Max切換規(guī)則的不足之處。在完成對Min/Max切換規(guī)則的分析之后，論文給出一種改進型的規(guī)則，此種規(guī)則消除了前者的不足。并從理論上分析了這種切換規(guī)則本質(zhì)上屬于狀態(tài)依賴的切換規(guī)則，通過實時判斷被控制

4、對象運行過程中所處的狀態(tài)進而選擇控制發(fā)動機的回路。最后給出了基于Lyapunov函數(shù)的多回路穩(wěn)定性條件。
　　然后，針對某型渦扇發(fā)動機的控制問題，給出基于平衡流形展開模型結(jié)構(gòu)的表征渦扇發(fā)動機安全邊界的特征參數(shù)，分析其控制系統(tǒng)要求與各控制回路的動態(tài)特性。仿真結(jié)果表明利用多回路切換控制方法在不影響系統(tǒng)安全性的前提條件下，可提高渦扇發(fā)動機的動態(tài)響應(yīng)能力。
　　最后，將多回路切換控制應(yīng)用于沖壓發(fā)動機控制系統(tǒng)設(shè)計當(dāng)中。研究了沖壓發(fā)動機