航空发动机鲁棒 PID 控制方法研究

【类型】学位论文

【作者】狄名轩 

【关键词】 航空发动机 联合仿真 鲁棒PID IMC,PID 极点配置

【摘要】航空发动机控制系统设计的目标是使发动机在不同的工作状态都具有良好的动态和静态性能。发动机具有较强的非线性，且动态特性随飞行条件和工作状态发生变化，本文针对发动机广泛使用的PID控制系统，开展控制器参数的整定方法研究，以提高控制系统的鲁棒性。建立了基于Simulink与AMESim的联合仿真平台，该平台包含了发动机模型、液压伺服机构和控制器三个部分。在仿真平台上，建立了发动机转速系统、压比系统、主燃油执行机构和喷口执行机构特性的线性模型，与非线性模型相比具有较好的精度。研究了航空发动机IMC-PID参数整定方法。将PID控制器三个参数转换为表征鲁棒性能的反馈滤波器时间系数。给出了谐振峰值M p与系统动态性能的具体关系，通过限制M p的大小，得到系统不确定范围内满足动态性能的数值，实现参数不确定系统的鲁棒PID控制参数整定，并且在仿真平台上进行了验证。针对模型与被控对象偏差较大的情况，给出参数调整方法。结合IMC-PID控制方法和相似变化理论，得到了飞行包线内发动机PID控制参数。提出了基于区域极点配置的航空发动机鲁棒PID参数整定方法。将PID控制转化为LQR状态反馈控制问题，通过线性矩阵不等式(LMI)求解。为了保证系统的鲁棒性能，将闭环系统的极点配置在复平面中的一个圆形区域内。分析了极点位置与系统动态响应的关系，并将极点区域用LMI表示，作为LQR方法的约束条件。通过包含极点约束的LQR方法即可获得具有鲁棒性的PID控制器。仿真结果显示该控制器在设定的模型失配范围内具有鲁棒性。最后分别采用IMC-PID方法和遗传算法整定航空发动机压比系统的控制参数。仿真结果表明IMC-PID方法具有更好的鲁棒控制效果。

【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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