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基于滑模控制的航空发动机多变量约束管理

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资料介绍

针对航空发动机传统单变量线性控制器min-max切换方法处理约束的不足,提出了单变量滑模控制器替换所有线性控制器的改进策略,并将该方法拓展为新切换逻辑下的多变量滑模控制结构.基于改进的单变量滑模控制器min-max结构,多变量控制策略中加入了多变量滑模主控制器和新的切换逻辑,充分利用发动机的所有控制量,克服了传统方法的保守性,进一步提高发动机约束下的动态性能.对稳态时工作的控制器进行了理论分析,建立了多变量控制器实现精确跟踪的充要条件.仿真结果表明,多变量控制方法在更苛刻的约束条件下能够实现跟踪任务,而且提高了推力跟踪的快速性,调节时间从1.91 s缩短到1.54s,同时降低了稳态时的油耗.

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空

Dec．25 2016 V01．37 No．12 3657．3667

ISSN 1000．6893 CN 11-1929／V

航

学

Acta Aeronautica et Astronautica Sinica

hkxb．buaa edu．cn

http：H

．edu

基于滑模控制的航空

机多量束管理

杜，郭迎清*，浩，徐清

710072

西北工大学力与能源学院，西安

摘

要：

航空

机

量性控制器rain

max切方法

下的多量滑模控制构。基于改

，充分利用机的所有控制量，克服了

工作的控制器行了理分析，建立了多量控制

精确跟踪的充要条件。仿真果表明，多量控制方法在更苛刻的束条件下能跟踪任，而且提高了推

理

束的不足，提出了

量滑模控制器替

所

有

性控制器的改策略，并将方法拓展新切

的量滑模控制器

rain— max 构，多量控制策略中加入了多量滑模主控制器和新的切

方法的保守性，一步提高束下的性能。

机

器

力跟踪的快速性，

从1．9l

机；束管理；min-max切

号：V233．7 文献：A

短到1．54 S，同降低了

的油耗。

关

中

：

扇

；滑模控制器；多量控制

分

文章号：1000— 6893(2016)12— 3657— 11

航空

机

跟踪控制的程中，必

保

限制工作，提高了系

但是，改的方法仍然是基于燃油流量W，的

控制方法。

机而言，除了燃油流量量装

置外，有其他行机构，例如，可静子叶片

的

响性能。

各种

束出量(如温度、喘振裕度、速和

力等)在允的工作范内，否，会影响

的使用寿命，甚至会引不期望的特性，

机

量

致

于

扇

机失效，造成重后果[1。3]。因此，如何在极限保

航空机最佳性能成其控制研究的

[4。7]。早在1999年，Spang和Brown[81就表

下

(VSV)和可放气活 (VBV)。在

2个控制量都是开控制，根据

方式下，

先定的控

关

明航空

才能

机在运行程中尽可能接近其限制

最大效能。

制律

用。本文旨在将改

量(Wr，VSV，VBV)控制，提出新的切

量滑模器，达到充分利用

慢

化或固定不 [9]，并没有得到充分利

的

量滑模控制方法拓展

航空

min— max切

机控制系是由性控制器

束管理[8。1⋯ 。近年来，

多

来

，

多

研究[11。”3表明，种min— max 性控制构在

理上具有一定的保守性，阻碍了束下可能

更快的

max下所有性控制器(主控制器和限制控制

器)替量滑模控制器(SMC)，大大改善

了原构的不足。出量在瞬程中能

机所有行机构的目的，以期更好的控制效果。

束

束管理不足的反例

响

。Richter等ll2。143提出将rain—

航空

机min— max切

构如

1所示，期望在各种束下跟踪所需要的推力。

中，推力不可，主控制器( 定点控制器)跟

束

收稿日期：2016— 01· 08；退修日期：2016-02· 22；用日期：2016— 04-08；网出版

出版地址：WWW．cnki net／kcms／detail／11 1929．V．20160413．1600 006．html

*通作者．Tel．：029· 88431121 edu cn

：2016．04．13

16：00

网

E-mail：

引用格武|杜，郭迎清，浩，等，基于滑模控翻的航空

Q，SUN H，et al mode control basedmultivariable

Astronautica Sinica，2016，37(12)：3657-3667．

机多

量

束管理!J]．航空学．2016，37(12)：3657-3667．DUX．

GUO

for aircraft

^limitmanagement

Sliding

Aeronautica et

engine[J叮．Acta

万方数据

航

空

学

Dec．25 2016 VoI．37 No．12

Desired

thrust

叫卧

min— max切

行

束管理

Traditional min max

for limit

management

switching logic

Fig．1

667．840

踪能反映推力的

扇

速或

束

机

比来

接

(1)

lM。

333．959 4J‘

推力跟踪目。每个

出量都有各自

(2)

Y1一[1

的限制控制器。主控制器和所有最大限制器与

03x

1— 0．117

y2一[一0．019

8]x+289．052

rain切

最小限制器

流量，

接，然后rain切

max切

跟踪程中的束保

的

出量再与所有

出最的燃油

。

(3)

，

式中：x=[△Nf △N。]T；“=AWf；Yl一△Nf；

Y2一AT48

目

1也是NASA公开布的某型扇

假

主控器跟踪

速

化150 r／rain，同保

机控制系

速(Nf，N。)限制器、燃

制器、机加速(Accel)限制器，以及油气比

(RU— W，／Ps3)限制器。加速限制器的作用是

构

，其中束管理部分具体包括

温度限制不超 200。R(。R一(℃+273．15)×

室

力(Ps30，Ps3)限

昔)。参考文献[9，16]中，

性控制器，按主控器

6个不同的Nf

增加方向将 6个

防止加速快而引

度超限，影响

高

气机喘振或者

温

控制器排序 1～6。 2是表征6个控制器

机的安全性。RU限制器的目

机减速程中避免生低气机失

的伯德

。

的是在

速或燃

6个主控制器行仿真，控制效果

果如 3所示。

比

室

油熄火[1 0|。

本研究的

N，期望，并保

内。于本例，

机控制目是跟踪

出量在的限制范

出口温

4。。主控制器(Nr)和最大

扇速

束

起

，

考高

度T4。的最大限制[1

限制器(T4。)通 rain切

快速响一直是航空

相

。

机

性能的一个

关

指

7|。

构，

加整个系的响速度。

运行非机模型C— MAPSS40kLl副自

性化工具包，得到地面慢的小偏离

基于性控制器的rain—

max切

通增加主控器的来增

性

的

状

Frequency／Hz

性模型

：

1．295

r一3．380

6个主控制器下系

的

— I

fx+

5 0 x

bandwidth

Closed

for 6 main

regulators

0．444

— 3 ． 1．

Fig．2

loop

万方数据

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