魯棒降階控制器設(shè)計(jì)及其在航空發(fā)動(dòng)機(jī)中應(yīng)用.pdf

1、由于大量的物理對(duì)象的模型是高階動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)，利用H∞魯棒控制理論設(shè)計(jì)出來(lái)的控制器一般都具有與廣義對(duì)象模型可比的階次，而低階的控制器無(wú)論從實(shí)現(xiàn)的方便性角度來(lái)講，還是從實(shí)現(xiàn)成本角度來(lái)講都是優(yōu)先考慮的。
　　隨著現(xiàn)代飛機(jī)性能的不斷提高，對(duì)航空發(fā)動(dòng)機(jī)提出了更高的要求。然而航空發(fā)動(dòng)機(jī)是一個(gè)復(fù)雜的、強(qiáng)非線性、多變量且時(shí)變的氣動(dòng)熱力學(xué)系統(tǒng)，因此需要采用魯棒控制以有效的處理系統(tǒng)存在的各種不確定性因素，但設(shè)計(jì)出的控制器階次偏高，制約了控制器的實(shí)時(shí)性并

2、難于實(shí)現(xiàn)，為此對(duì)航空發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行魯棒降階控制器設(shè)計(jì)就顯得十分必要。
　　本文主要研究了魯棒降階控制器的設(shè)計(jì)問(wèn)題，在對(duì)現(xiàn)有控制器降階方法進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上，提出了新的頻率加權(quán)平衡降階方法，并成功應(yīng)用于航空發(fā)動(dòng)機(jī)降階控制器的設(shè)計(jì)當(dāng)中。主要工作包括以下幾個(gè)方面：
　　1、詳細(xì)綜述了魯棒降階控制器設(shè)計(jì)及其在航空發(fā)動(dòng)機(jī)中應(yīng)用的研究現(xiàn)狀，針對(duì)目前存在的魯棒控制器降階方法進(jìn)行了分析和總結(jié)，其中主要討論了基于“平衡實(shí)現(xiàn)”思想的控制器降階方法。<

3、br>　　2、Moore平衡降階方法在降階模型穩(wěn)定性和降階誤差的問(wèn)題上都取得了理想的效果。但Enns將其擴(kuò)展到頻率加權(quán)領(lǐng)域中應(yīng)用時(shí)，降階模型的穩(wěn)定性得不到保證，之后的改進(jìn)頻率加權(quán)平衡降階方法雖解決了穩(wěn)定性的問(wèn)題，卻增大了降階誤差。為此，考慮引入兩個(gè)參數(shù)α和β，將基本平衡降階法（即不考慮加權(quán)因素）與改進(jìn)的頻率加權(quán)平衡降階方法相結(jié)合，提出了聯(lián)合頻率加權(quán)平衡降階方法。從算例分析中可以看出，與已知的算法相比較，該方法在保證了降階模型穩(wěn)定性的前提

4、下，通過(guò)適當(dāng)?shù)恼{(diào)節(jié)參數(shù)α和β，得到的降階誤差也相應(yīng)減小。此外，由于參數(shù)的引入，推出的誤差界公式具有較為特殊的形式，更為簡(jiǎn)明，便于計(jì)算。
　　3、針對(duì)提出的聯(lián)合頻率加權(quán)平衡降階方法中的參數(shù)選取問(wèn)題進(jìn)行了討論，由于降階誤差是有關(guān)參數(shù)的函數(shù)表示，所以降階的效果很大程度上取決于參數(shù)的取值。但在不同的情況下，參數(shù)的變化對(duì)于降階誤差的影響并沒(méi)有統(tǒng)一的規(guī)律，難以憑經(jīng)驗(yàn)對(duì)參數(shù)進(jìn)行適當(dāng)?shù)倪x取，增加了計(jì)算的復(fù)雜性。因此，考慮將對(duì)參數(shù)的討論轉(zhuǎn)化為優(yōu)化問(wèn)

5、題，以降階誤差為目標(biāo)函數(shù)，采用粒子群優(yōu)化算法對(duì)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化。通過(guò)算例分析可以看出，在自動(dòng)搜索最優(yōu)參數(shù)的同時(shí)，得到的降階誤差為在參數(shù)變化范圍內(nèi)的全局最小值，從而既解決了反復(fù)試驗(yàn)選取參數(shù)費(fèi)力耗時(shí)的不足，又進(jìn)一步提高了算法的精度。
　　4、對(duì)于航空發(fā)動(dòng)機(jī)四變量小偏差狀態(tài)變量模型，在采用基于遺傳算法的魯棒控制方法設(shè)計(jì)出航空發(fā)動(dòng)機(jī)H∞魯棒控制器的基礎(chǔ)上，應(yīng)用本文提出的基于參數(shù)優(yōu)化的頻率加權(quán)平衡降階方法成功地將高階控制器降為低階控制器，通過(guò)仿