(10.3.1)--3-航空发动机自适应PID控制（新讲义）.pdf

《(10.3.1)--3-航空发动机自适应PID控制（新讲义）.pdf》由会员分享，可在线阅读，更多相关《(10.3.1)--3-航空发动机自适应PID控制（新讲义）.pdf（3页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、航空发动机自适应 PID 控制这节课我们来学习航空发动机自适应 PID 控制。随着航空发动机数控系统的应用，各种先进的控制方法不断涌现，其中 PID 控制凭借其原理简单、鲁棒性强、适应性好、工程上易实现等优点，被广泛应用于航空发动机数控系统当中。PID 控制的关键在于 PID 参数的整定，由于航空发动机是个具有强非线性的控制对象，其参数随着发动机工作状态和飞行环境而变化，就要求 PID 整定参数应随发动机工作状态和飞行环境而变化，这是航空发动机 PID 控制的一个难点。根据相似理论我们知道，当飞行条件变化时，在按气动相似理论公式引导出的换算坐标系中，发动机特性是唯一的。所以我们可以根据这一理论

2、，推导出PID 参数的自适应调节规律，实现航空发动机自适应 PID 控制。利用这一方法在换算坐标系中对发动机在不同工作状态和不同工作环境下的 PID 参数进行整定,获得它们的变化规律。由发动机工作原理可知,当发动机在相似状态下工作时,根据气动相似公式我们可得到各物理量的换算关系，其中 Tb=T1/T0,Pb=P1/P0，T1 和 P1 分别为压气机进口总温和总压，P0 和 T0 对应标准大气条件下的压力和温度，n 为物理转速，Wf 为物理燃油量，“0”代表相应的换算量，利用这些公式我们可以方便的实现换算量和物理量之间的转换。假设发动机在某一高度、马赫数和转速条件下，对转速采用 PID 控制，那

3、么在物理坐标系下的控制规律可以这样表示：物理坐标系：1fpdideWKeedtTTdt相似坐标系：00001bbfpdbbibTPdeWKee dtTPPTdtT其中 Kp、Ti、Td 分别是比例增益，积分时间常数和微分时间常数，r 为指令输入。将刚才的相似参数代入，就可以得到相似坐标系下的控制规律。由于Pb 和 Tb 与高度、马赫数直接相关，Kp、Ti、Td 三个参数与高度和马赫数之间就建立了固定关系。那么现在，我们只需要求出在地面标准条件下（H=0、Ma=0）不同换算转速处的 PID 控制参数即可。概括起来，航空发动机自适应 PID 控制器的设计步骤一共分三步：首先整定出地面标准条件下不同

4、换算转速处的 PID 控制参数，第二步，采用多项式对所有换算转速处的 PID 参数进行拟合，第三步，利用相似理论求得不同高度和马赫数下的 PID 控制参数。控制器总体结构如图所示，利用相似理论得到的自适应 PID 控制器可根据发动机的工作状态（n）和飞行环境（H、Ma）自行整定控制器参数，从而实现发动机的全包线、全状态自适应控制。任意n0对应的000,pidKTT多项式拟合相似理论工作H、Ma下的,pidKT T00000001fpdideWKee dtTTdt地面标准条件下不同n0对应的000,pidKTT参数整定算例：利用刚才的方法对某涡扇发动机非线性大偏差模型转速控制系统进行仿真。这里首

5、先采用“衰减曲线法”整定获得地面标准条件下不同换算转速 PID 控制参数，并进行多项式拟合，x 为当前换算转速和额定换算转速之比。利用相似理论，求出不同工作点的 PID 参数，这里算了四个工作点，分别是高度为 H=0、Ma=0，H=0、Ma=0.5，H=5.0、Ma=0.6，H=1.0、Ma=1.0。H=0、Ma=0H=0、Ma=0.5H=5.0、Ma=0.6H=1.0、Ma=1.0Kp23.2862.288.93.86Ti0.200.170.330.48Td0.070.060.110.16仿真结果显示，采用基于相似理论的自适应 PID 控制可以获得较满意的动、静态特性,对发动机的不同的工作状态和不同的飞行条件,控制系统具有良好的自适应性。