基于线性凸多面体系统的航空发动机鲁棒控制器设计

摘要

目前鲁棒反馈控制在航空发动机上已得到较为广泛的应用,但由于航空发动机具有较强的非线性特性,在不同工况下被控对象动态参数变化较大,不确定因素十分突出,采用传统的单一标称对象来设计的鲁棒控制器不能保证发动机在全飞行包线内的稳定性.针对上述问题,本文引入了基于不确定性凸多面体系统鲁棒控制器设计方法,由于凸多面体集合内的系统可由其顶点进行描述,在设计控制器时只需对它的顶点进行设计即可.该方法不仅大大减小了发动机控制器的计算量,同时还使控制器具有全局有效性.本文利用凸多面体理论建立航空发动机的全包线模型,论证凸多面体模型稳定条件和反馈控制律的实现条件,结合H∞的强鲁棒稳定性和H2存在干扰时输出能量最小特性,设计了基于极点配置的混合H2/H∞鲁棒多变量控制器,使被控对象可以实现全工况稳定工作.最后以某型涡扇发动机为例,进行仿真验证,结果表明:在存在复杂噪声干扰条件下,混合H2/H∞鲁棒多变量控制器可以实现发动机全包线内控制指令的精确跟踪,能够有效的完成对航空发动机这个复杂被控对象的全包线工作稳定性控制.