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航空发动机多变量变增益控制器设计及仿真

更新时间：2019-12-25 15:49:28 大小：530K 上传用户：xiaohei1810 查看TA发布的资源 标签：航空发动机多变量变增益控制器 下载积分：1分评价赚积分（如何评价?）打赏收藏评论(0) 举报

资料介绍

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1s,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.

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2016年 9月

第42卷第9期

北京航空航天大学学

2016

September

V01．42

Journal

and

Aeronautics Astronautics

Beijing

No．9

University

bhxb．buaa．edu．cn

http：ff

．edu．cn

DOI：10。13700／j．bh．1001-5965．2015．0583

航空

机多量增益控制器

及仿真

李嘉1，李

1’4，徐 2，王淑 2

(1．西北工大学力与能源学院，西安710072；2．中航工西安航空力控制科技有限公司，西安700077)

摘

要：

种改的埃德蒙德算法(以下称KQ算法)并行了仿真用。首先，明了多量KQ算

法的控制原理与化算法，而通期望函数、控制器以及控制器参数

航空

机全包工作下的多

量

增益控制器

，

出了一

构

化

行了KQ控制器

分析表明所

，并

所

的KQ控制器，出了定性明和系奇异分析。

定，且具有意的低指令跟踪、干抑制能

KQ控制器能使系

力、感器噪声的抑制、高未建模

机控制要求。其次，通

点KQ控制器

行仿真。仿真果表明，

，其被控参数响速度很快，且上升

的

棒

定性和低

点KQ控制器

机的多量KQ 增益控制器

点条件下，当后温度和增比参考入均

均小于1 S，耦合影响小于6％，

机建模差不敏感等性能，

足

度

量

、

以及采用插方法的

非

等

程

某型

扇

研究，

信

并

号

点KQ控制器

足控制要求；非

点条件下，利用插方法建立的XQ 增益控制器具有好的性能，能

机全包控制性能要求。

型

扇

关

：

扇

机；多量控制；KQ控制算法；增益度；控制器

号：V221+．3；TB553

：A 文章号：1001-5965(2016)09· 1958-11

中

分

文献

入研究，涌出了大量的

量控制算法。如Ang等¨1 PID算法行了

量控制研究，提出了PID解耦控制算法

出了用。Meng等∞1 出了多量控制系

控制器参数化的一种自适律研

o刊

全包

行下的多

随着事科学、航空航天科学和代工

迅猛展，控制科学也在速地更新。控制理

也从存在多入多出引

起的耦合影响的代多。因此，当前

的

多

并

典

量

展

量

下

多国内外学者广泛开展了多量控制研究⋯ 。

而开展的多种多量控制方法的共同特点是利用

性离散系下反

控

行了相关研

背景行了

究。Ding和Yang

行了研究。国内学者也

究，如王元等”1以NSGA型

LQ／H。全包下多量控制器

制

其

棒性或自学能力解决全包控制

来的弊端就是某些方法然考了系

，但

棒

机

的

性，但控制器次很高，无法

用开展，因此，

研究。

几何可液体冲

聆

行航空机全包下的多量控制方法研究

等凹1 出了一种

与

用有重要的意 ¨。。。

机的多量控制算法。海波等¨引

航空

机多量耦合

，

出了自抗解耦控制律

20世 60年代英国学者Rosenbrock等便研

究了多量系域法与域法之系，提

出了的解耦方法¨1。随着学者的深

方法等。由此可，近年来多学者从不同

的

角度

多

量控制和

机全包控制

行

角

19：40

收稿日期：2015-09-08；用日期：2015· 10-19；网出版

：2015-10-22

网

出版地址：WWW．enki．net／kems／detail／11．2625．V．20151022．1940．003．html

$通作者：Tel．：15934885210 E· mail：．edu．ca

jl,eg格式：李嘉，李

，徐，等．航空

机多

量

增益控制器

及仿真口J．北京航空航天大学学，2016，42(9)：1958‘

aero

en∥neⅣJ．Joumal

variable

gain

controller

and simulation based 012

design

at．Multi— variable

1968．LI，，LI抒c，XU X，et

of Aeronautics and Astronautics．2016，42(9)：1958— 1968(in Chinese)．

University

Beijing

万方数据

1959

第9期

李嘉，等：航空

机多

量

增益控制器

及仿真

二次型范数

了研究分析，并取得了一定的成果。

航空

机KQ控制，国外学者如Lii‘¨1和Boje‘121等

作了大量研究，而相比国外，国内科研人所做

(8)

tr[ 7(一jto)E(j∞)]d∞

IIEll：=f

工作相

控制基本原理行了分析，以某型

背景建立了控制器，并

少，如朱玉斌和方中祥¨

机

行

通常可在∞由一∞至+∞的整个范

内

扇

所考

一些，此

1．2

中的若干个点，

可使算

某一点

即

一个性最小二乘

。

了控制器仿真，因此需一步开展研究工作。

KQ算法与其他方法相比，能有效降低控制器

次，且不需要复的自适算法等，更利于真

KQ 化算法

将式(7)化最小二乘求解形式，即

呀(s)=x(5)l，+￡(s)

(9)

未

机的

控制¨4 ，且高精度的全包

行整体性能的最佳途

式中： (s) 已知向量；X(s) 已知矩；l，

知参数向量；s(s) 偏差向量。

控制更是提高

机

径¨6。7|，因此本文行了某型双子、双涵道混

而式(7)中，W(s)、N(s)和E(s)都是m个列

合排气式

扇

机的多量KQ 增益控制

向量成的矩

：

器

与

用研究。

rW(s)=[’I，。(s)，w2(s)，⋯ ，-I，。(5)]

{Ⅳ(s)=[n。(s)，尼：(s)，⋯ ，开。(5)]

(10)

KQ多量控制方法

rE(s)=[e。(s)，P：(s)，⋯ ，e。(s)]

式中：_I．，。(s)、n。(s)和ei(s)分

W(s)、Ⅳ(s)和E(s)的列向量。

1．1

构成矩

KQ基本原理

广被控象的

函数 G z

引入Kronecker 方法，用O代表Kronecker

运算。将式(8)的各列向量分自上而下

，有f个

函数

出

量和m个

入量，控制器的

求

眉

m×f

。

系

的

堆列，

化

准式。

函数

其中，Kronecker 的定

：

于两个矩

T=aK(i+GK)一

(1)

P=(p。)p。q和Q=(qu)⋯ ，P和Q的Kronecker

式中：j

期望的

的控制器K，

位矩

。

函数

足：

T。，

相

于r。，期望

p11Q P12Q

P21Q p22Q

PlqQ

P2qQ

Fr=GKr(J+GK；)‘1

(2)

P。Q：

●

：

即

于期望控制器K。，

足：

_P，lQ

Pp：Q

PpqQ

GK：=T。(I— T。)一

(3)

根据Kronecker

定

和Kronecker 的性

如果K不等于K。， T与r。之存在偏差。

偏差函数

解决KQ控制器的参数化的

，令vec(n)

定

矩

n的列拉直，vec称拉直算子：

E=T，一T

(4)

根据K。和置之的差异，不

推

出：

咒2

E=(，一z)(GK。一GK)(J— r。)

(5)

：

●

如果E的范数II IJ足小，即K能足地接

近置；，式(5)中的丁可用丁。来代替。得到

昱=(f— T。)(GK；一GK)(j— r。)+o(1lE||2)一

腮R

式中：

(，一r，)(GK。一GK)(J— r。)

从而根据式(6)将

(6)

求取K，

而

n。(s)=

将式(6)改

E一曰(s)G(s)墨(s)B(s)一B(s)G(s)K(s)曰(s)一

由式(7)得

)一 )G㈤· 湍 s)一

W(S)一A(s)N(s)B(s)+E(s)

用列拉直运算可得

(12)

W(s)一A(s)N(s)曰(s)

(7)

按露的二次型范数极小

目

得E的

Vec(W(s))一vec(A(s)N(s)B(s))+YeC(E(s))

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