航空发动机 PID 控制频域设计方法研究

【类型】学位论文

【作者】唐钰婷 

【关键词】 航空发动机 PID参数整定 频率响应法 线性模型 频域指标 鲁棒性

【摘要】目前航空发动机控制系统主要采用PID控制，其参数的整定主要采用时域方法。但在控制系统的设计过程中，控制参数的整定仍是控制系统设计的难点问题。我国采用频率响应分析法对航空发动机PID控制系统的参数整定研究还不多，因此本文针对发动机PID控制的频域设计方法开展研究。针对某型涡扇发动机非线性部件级模型，通过对频率响应的辨识，研究建立发动机的线性模型的方法。建立了飞行包线内燃油量-高压转速、燃油量-低压转速和喷口-压比的线性模型，并采用阶跃响应验证了模型的精度。针对考虑执行机构的航空发动机转速和压比PI控制系统，提出了考虑幅值裕度、相角裕度和时域指标的参数最优整定方法。通过控制系统的稳定裕度指标得到控制参数可选区域，在这个区域上利用时域性能指标对参数进行优化，获得了包线内不同工作点处中间状态的最优控制参数。对发动机线性模型和非线性模型的仿真验证均有较好的控制效果。分析了航空发动机稳定裕度、穿越频率、截止频率、闭环带宽等频域性能指标在飞行包线内的变化规律，并提出一种具有精确幅值裕度和相角裕度的PID控制参数频域整定方法。在飞行包线内不同工况下，通过二维插值得到的幅值裕度和相位裕度并整定得到高、低压转速和压比PI控制的参数，仿真验证了该方法的有效性。提出了控制系统的鲁棒频域设计方法，根据推广到时滞系统的棱边定理，求得不确定系统族棱边系统的稳定域交集，得到鲁棒控制参数的取值范围。非线性模型的仿真效果表明，该方法具有满意的控制效果，提高了系统的鲁棒性。

【学位名称】硕士

【学位授予单位】南京航空航天大学

【学位授予年度】2016

【导师姓名】黄金泉

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