基于ADRC的航空發(fā)動(dòng)機(jī)過(guò)渡態(tài)控制研究.pdf

1、航空發(fā)動(dòng)機(jī)是一個(gè)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、強(qiáng)非線性的被控對(duì)象，并且有著寬廣的飛行包線。如何設(shè)計(jì)控制器使發(fā)動(dòng)機(jī)在不同的飛行條件下都能安全運(yùn)行且能達(dá)到期望的性能是發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵問(wèn)題。航空發(fā)動(dòng)機(jī)過(guò)渡態(tài)控制在發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中占據(jù)著重要的地位，傳統(tǒng)的基于開(kāi)環(huán)油氣比的過(guò)渡態(tài)控制不夠靈活，加/減速過(guò)程由提前設(shè)計(jì)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(guò)渡時(shí)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(jì)劃之間的切換會(huì)引起積分飽和問(wèn)題。

2、針對(duì)上述航空發(fā)動(dòng)機(jī)加/減速過(guò)渡態(tài)的控制問(wèn)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(dòng)機(jī)過(guò)渡態(tài)閉環(huán)控制設(shè)計(jì)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(shí)間，利用跟蹤微分器安排過(guò)渡過(guò)程；利用非線性擴(kuò)張狀態(tài)觀測(cè)器在線實(shí)時(shí)觀測(cè)高壓轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)子加速度以及系統(tǒng)總擾動(dòng)，并通過(guò)非線性PD控制器實(shí)現(xiàn)ADRC控制，避免了積分飽和問(wèn)題。同時(shí)，為保證發(fā)動(dòng)

3、機(jī)安全運(yùn)行，利用加/減速計(jì)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(dòng)機(jī)運(yùn)行在安全范圍內(nèi)。最后，與傳統(tǒng)開(kāi)環(huán)油氣比控制做了數(shù)字仿真對(duì)比實(shí)驗(yàn)。仿真結(jié)果表明：基于ADRC的航空發(fā)動(dòng)機(jī)過(guò)渡態(tài)閉環(huán)控制能根據(jù)期望的響應(yīng)時(shí)間合理安排過(guò)渡過(guò)程跟蹤目標(biāo)，使燃油輸入在加/減速計(jì)劃限制的范圍內(nèi)變化；與開(kāi)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(guò)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(jìn)而可延長(zhǎng)熱端

4、部件使用壽命。⑵航空發(fā)動(dòng)機(jī)過(guò)渡態(tài)控制在發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中占據(jù)著重要的地位，傳統(tǒng)的基于開(kāi)環(huán)油氣比的過(guò)渡態(tài)控制不夠靈活，加/減速過(guò)程由提前設(shè)計(jì)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(guò)渡時(shí)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(jì)劃之間的切換會(huì)引起積分飽和問(wèn)題。針對(duì)上述航空發(fā)動(dòng)機(jī)加/減速過(guò)渡態(tài)的控制問(wèn)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(dòng)機(jī)過(guò)渡態(tài)閉環(huán)控制設(shè)計(jì)方法。⑶根據(jù)期望的加/減速響應(yīng)時(shí)間，利用跟蹤微分器安排過(guò)渡過(guò)程；利用非線性擴(kuò)張狀態(tài)觀測(cè)器在線實(shí)時(shí)觀測(cè)高壓轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)子加速度以及系統(tǒng)總擾動(dòng)，并通過(guò)非線性PD控制器實(shí)現(xiàn)ADRC控制，避免了積分飽和問(wèn)題。同時(shí)，為保證發(fā)動(dòng)機(jī)安全運(yùn)行，利用加/減速計(jì)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(dòng)機(jī)運(yùn)行在安全范圍內(nèi)。最后，與傳統(tǒng)開(kāi)環(huán)油氣比控制做了數(shù)字仿真對(duì)比實(shí)驗(yàn)。仿真結(jié)果表明：基于ADRC的航空發(fā)動(dòng)