一种提高涡扇发动机控制系统性能的方法及其系统.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN107100741A(43)申请公布日2017.08.29(21)申请号201710316350.2(22)申请日2017.05.08(71)申请人南京航空航天大学地址210016江苏省南京市秦淮区御道街29号(72)发明人王继强胡忠志(74)专利代理机构南京经纬专利商标代理有限公司32200代理人许方(51)Int.Cl.F02C9/00(2006.01)权利要求书2页说明书7页附图5页(54)发明名称一种提高涡扇发动机控制系统性能的方法及其系统(57)摘要本发明公开了一种提高涡扇发动机控制系统性能的方法及其系统，在具有单独第一控制器K的原涡扇发动机控制系统中，增加第二控制器Ks；从而在涡扇发动机控制系统特性固定、PID控制器系数、传感器和执行机构参数确定的情况下，采取切换控制改善系统动态特性；所述方法包括：1、保留原第一控制器K，增加第二控制器Ks；2、选择第二控制器Ks，使其单位阶跃响应性能优于第一控制器K的性能；3、切换逻辑设计：在单位阶跃响应的情况下，将切换逻辑设计为当输出响应达到某一设定阈值作为切换条件；4、阈值设计：找出阈值e，使得调节时间ts最优；5、数值仿真验证：采取切换控制改善所述系统的动态特性。本发明计算资源占用小，设计与调试简便易行。CN107100741ACN107100741A权利要求书1/2页1.一种提高涡扇发动机控制系统性能的方法，其特征在于，在具有单独的第一控制器K的原涡扇发动机控制系统中，增加具有切换逻辑功能的第二控制器Ks的切换控制子系统；从而，在涡扇发动机控制系统特性固定、PID控制器系数、传感器和执行机构参数确定的情况下，采取切换控制改善所述涡扇发动机控制系统的动态特性；所述方法包括如下步骤：步骤1，保留原有的第一控制器K，增加第二控制器Ks；步骤2，选择第二控制器Ks，使得单位阶跃响应性能优于第一控制器K的性能；步骤3，切换逻辑的设计：在单位阶跃响应的情况下，将切换逻辑设计为当输出响应达到某一设定阈值作为切换条件；步骤4，阈值的设计：找出阈值e，使得调节时间ts最优；步骤5，数值仿真验证：采取切换控制改善所述系统的动态特性。2.根据权利要求1所述的一种提高涡扇发动机控制系统性能的方法，其特征在于：所述步骤1的过程包括：在单独使用第一控制器K时，系统具有临界阻尼，其单位阶跃响应为：其中，ωn为自然频率；由此得到调节时间为：在单独使用第二控制器Ks时，涡扇发动机控制系统为欠阻尼，其阻尼系数为ξ，其单位阶跃响应是：得到相应的调节时间为：切换涡扇发动机控制系统的响应由起始阶段，其响应时间tsKs和切换后在第一控制器K作用下至涡扇发动机控制系统到稳态的时间tsK之和构成；所述的起始阶段的输出y∈[0,1-e]，所述的稳态时间的输出y∈[1-e,1]；在第二控制器Ks作用下，涡扇发动机控制系统输出y从零到(1-e)的时间tsKs为：在第二控制器Ks控制器作用时间tsKs后，切换至第一控制器K，这时的涡扇发动机控制系统的初始条件可通过下式求得：定义在控制器K作用下的闭环传递函数对应的动态方程为：2CN107100741A权利要求书2/2页则容易求得(7)以(6)为初始条件时，由y＝1-e到y＝1所经历的时间tsK：可得涡扇发动机控制系统在切换控制下总的调节时间为：ts＝tsKs+tsK(9)由此，切换逻辑设计问题转述成优化问题。3.根据权利要求1所述的一种提高涡扇发动机控制系统性能的方法，其特征在于：在所述步骤2中，所述的阈值设计采取试凑的方法，使其最优调节时间需满足以下条件：ts＝tsKs+tsK；其中：ye＝1-e；4.根据权利要求1所述的一种提高涡扇发动机控制系统性能的方法，其特征在于：在所述步骤2中，使用试凑法进行阈值设计：取一组阈值e，不同的阈值e下必然会产生不同的输出响应，从中选取最优输出响应情况下的阈值作为最优阈值eopt。5.根据权利要求1所述的一种提高涡扇发动机控制系统性能的方法，其特征在于：在所述步骤2中，所述的阈值设计采用数学优化的方法定量得出。6.一种涡扇发动机控制系统，其特征在于，在具有单独的第一控制器K的原涡扇发动机控制系统中，增加具有切换逻辑功能的第二控制器Ks的切换控制子系统；所述的两个控制器K和Ks由切换逻辑在合适的阈值e设计下进行切换；从而，在涡扇发动机控制系统特性固定、PID控制器系数、传感器和执行机构参数确定的情况下，采取切换控制改善所述系统的动态特性。7.根据权利要求6所述的一种涡扇发动机控制系统，其特征在于，所述的第二控制器Ks选用满足涡扇发动机控制系统动态响应要求的控制器。3CN107100741A说明书1/7页一种提高涡扇发动机控制系统性能的方法及其系统技术领域[0001]