發(fā)布時間：2020-05-30 16:56

【摘要】：在航空發(fā)動機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計中,隨著航空發(fā)動機(jī)對控制性能要求的不斷提高,目前工程上應(yīng)用較廣的傳統(tǒng)變增益控制越來越難以滿足航空發(fā)動機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計需求。因此,本文在某型渦扇發(fā)動機(jī)非線性部件級模型的基礎(chǔ)上,將基于線性變參數(shù)(Linear Parameter Varying,LPV)的系統(tǒng)設(shè)計方法應(yīng)用于渦扇發(fā)動機(jī)建模與控制的研究中。針對LPV系統(tǒng)的建模問題,采用小擾動-最小二乘擬合的方法求取渦扇發(fā)動機(jī)在不同工作點狀態(tài)空間形式的線性化模型。同時考慮到航空發(fā)動機(jī)動態(tài)特性隨高壓轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的變化比較連續(xù),以高壓轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為調(diào)度參數(shù),在小擾動-最小二乘擬合法建立的線性模型的基礎(chǔ)上,通過多項式擬合的方法求取航空發(fā)動機(jī)隨高壓轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速變化的單調(diào)度參數(shù)LPV模型�？紤]到飛行包線內(nèi)不同高度,馬赫數(shù)下航空發(fā)動機(jī)動態(tài)性能差異較大,在單調(diào)度參數(shù)LPV模型的基礎(chǔ)上,增加高度和馬赫數(shù)為調(diào)度參數(shù),通過多胞的方法連接不同頂點的單調(diào)度參數(shù)LPV模型,最終獲得航空發(fā)動機(jī)隨高壓轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速,高度和馬赫數(shù)變化的多調(diào)度參數(shù)LPV模型。仿真結(jié)果表明建立的多調(diào)度參數(shù)LPV模型精度符合要求。在LPV魯棒變增益控制器設(shè)計的問題上,以渦扇發(fā)動機(jī)的LPV模型為基礎(chǔ),將多項式平方和規(guī)劃(Sum of Squares Programming,SOSP)的相關(guān)理論應(yīng)用于LPV控制器設(shè)計中,提出一種多項式形式LPV控制器的設(shè)計方法。將求得的控制器在某型渦扇發(fā)動機(jī)部件級模型上進(jìn)行仿真驗證,仿真結(jié)果表明,無論是基于單調(diào)度參數(shù)還是多調(diào)度參數(shù)LPV模型,設(shè)計的控制器均有良好的控制效果。針對LPV系統(tǒng)切換控制的問題,采用Lyapunov函數(shù)法對切換LPV系統(tǒng)進(jìn)行穩(wěn)定性分析,并在Lyapunov函數(shù)的基礎(chǔ)上,通過駐留時間的約束給出切換穩(wěn)定的條件,最后通過滯后切換,平滑過渡切換兩種切換策略進(jìn)行航空發(fā)動機(jī)全包線切換LPV控制。在系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析中,結(jié)合多調(diào)度參數(shù)LPV模型的建模特點,對基于平均駐留時間的穩(wěn)定性分析方法進(jìn)行推廣,將整個切換系統(tǒng)對平均駐留時間的約束減低至各個子系統(tǒng)的多胞頂點對駐留時間的約束,降低了切換時的保守性;在切換策略中,結(jié)合多胞系統(tǒng)的特點對傳統(tǒng)的滯后切換策略進(jìn)行改進(jìn),通過對局部重疊區(qū)域求取共同二次Lyapunov函數(shù)保證切換時Lyapunov函數(shù)的連續(xù)性,通過滯后切換策略消除單一切換面頻繁切換時控制器參數(shù)的抖振問題,基于如上兩點,提出一種新的切換LPV控制方法;在平滑過渡切換策略上,通過在兩子系統(tǒng)間設(shè)置平滑過渡區(qū)域的方法,保證切換時控制器參數(shù)的平滑變換,消除邦邦切換時控制器參數(shù)跳變的問題。仿真結(jié)果表明,在整個飛行包線內(nèi),兩種切換策略均能保證切換系統(tǒng)的穩(wěn)定性,且具有良好的控制品質(zhì)。
【學(xué)位授予單位】：南京航空航天大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：V235.13

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2688432