魯棒降階控制器設(shè)計及其在航空發(fā)動機中應(yīng)用.pdf

1、由于大量的物理對象的模型是高階動力學系統(tǒng)，利用H∞魯棒控制理論設(shè)計出來的控制器一般都具有與廣義對象模型可比的階次，而低階的控制器無論從實現(xiàn)的方便性角度來講，還是從實現(xiàn)成本角度來講都是優(yōu)先考慮的。
　　隨著現(xiàn)代飛機性能的不斷提高，對航空發(fā)動機提出了更高的要求。然而航空發(fā)動機是一個復(fù)雜的、強非線性、多變量且時變的氣動熱力學系統(tǒng)，因此需要采用魯棒控制以有效的處理系統(tǒng)存在的各種不確定性因素，但設(shè)計出的控制器階次偏高，制約了控制器的實時性并

2、難于實現(xiàn)，為此對航空發(fā)動機進行魯棒降階控制器設(shè)計就顯得十分必要。
　　本文主要研究了魯棒降階控制器的設(shè)計問題，在對現(xiàn)有控制器降階方法進行分析的基礎(chǔ)上，提出了新的頻率加權(quán)平衡降階方法，并成功應(yīng)用于航空發(fā)動機降階控制器的設(shè)計當中。主要工作包括以下幾個方面：
　　1、詳細綜述了魯棒降階控制器設(shè)計及其在航空發(fā)動機中應(yīng)用的研究現(xiàn)狀，針對目前存在的魯棒控制器降階方法進行了分析和總結(jié)，其中主要討論了基于“平衡實現(xiàn)”思想的控制器降階方法。<

3、br>　　2、Moore平衡降階方法在降階模型穩(wěn)定性和降階誤差的問題上都取得了理想的效果。但Enns將其擴展到頻率加權(quán)領(lǐng)域中應(yīng)用時，降階模型的穩(wěn)定性得不到保證，之后的改進頻率加權(quán)平衡降階方法雖解決了穩(wěn)定性的問題，卻增大了降階誤差。為此，考慮引入兩個參數(shù)α和β，將基本平衡降階法（即不考慮加權(quán)因素）與改進的頻率加權(quán)平衡降階方法相結(jié)合，提出了聯(lián)合頻率加權(quán)平衡降階方法。從算例分析中可以看出，與已知的算法相比較，該方法在保證了降階模型穩(wěn)定性的前提

4、下，通過適當?shù)恼{(diào)節(jié)參數(shù)α和β，得到的降階誤差也相應(yīng)減小。此外，由于參數(shù)的引入，推出的誤差界公式具有較為特殊的形式，更為簡明，便于計算。
　　3、針對提出的聯(lián)合頻率加權(quán)平衡降階方法中的參數(shù)選取問題進行了討論，由于降階誤差是有關(guān)參數(shù)的函數(shù)表示，所以降階的效果很大程度上取決于參數(shù)的取值。但在不同的情況下，參數(shù)的變化對于降階誤差的影響并沒有統(tǒng)一的規(guī)律，難以憑經(jīng)驗對參數(shù)進行適當?shù)倪x取，增加了計算的復(fù)雜性。因此，考慮將對參數(shù)的討論轉(zhuǎn)化為優(yōu)化問

5、題，以降階誤差為目標函數(shù)，采用粒子群優(yōu)化算法對參數(shù)進行優(yōu)化。通過算例分析可以看出，在自動搜索最優(yōu)參數(shù)的同時，得到的降階誤差為在參數(shù)變化范圍內(nèi)的全局最小值，從而既解決了反復(fù)試驗選取參數(shù)費力耗時的不足，又進一步提高了算法的精度。
　　4、對于航空發(fā)動機四變量小偏差狀態(tài)變量模型，在采用基于遺傳算法的魯棒控制方法設(shè)計出航空發(fā)動機H∞魯棒控制器的基礎(chǔ)上，應(yīng)用本文提出的基于參數(shù)優(yōu)化的頻率加權(quán)平衡降階方法成功地將高階控制器降為低階控制器，通過仿