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射流管电液伺服阀的自适应最优控制

刘晓闯  
【摘要】:控制系统作为大型航空发动机中必不可少的一部分,确保了航空发动机能安全、可靠地进行工作,为航空飞机的飞行提供了推力。而射流管电液伺服阀由于其强大的抗污染的能力,目前已成为航空发动机控制系统中应用最广泛的一个元件。此阀结构极其复杂,目前主要依靠已有的经验和试验对阀进行研究和设计。因此我们将现代控制理论与机械液压相结合,设计高精度的控制策略对阀的性能进行深入的剖析,对于射流管阀的改进和优化具有极其重要的指导意义。论文主要内容包括:本文以某型号发动机控制系统中的射流管阀为研究对象,首先推导阀的力矩马达磁路、阀的衔铁-反馈杆组件和阀的射流放大器组件的理论模型,然后在AMESim中搭建各组件的仿真模型,实现对整阀模型的仿真建立,最后将仿真得到的数据与实际系统运动得到的数据作对比,说明了搭建的仿真模型是正确可靠的。基于自适应动态规划(ADP)的最优控制方法,研究了射流管阀的最优控制问题。首先依据射流管阀的传递函数,选取合适的状态变量和控制变量,得到其状态空间模型,然后基于自适应动态规划技术,利用射流管阀的状态和在线输入信息迭代求解代数Riccati方程,求解了射流管电液伺服阀的最优控制问题。最后在MATLAB中进行仿真,通过和PID算法进行比较,证实了自适应动态规划算法在射流管阀的优化控制中的有效性。航空发动机控制系统中还存在许多电液伺服系统,其中最为常见的是阀控缸系统,是典型的含有时变的或不确定性参数的非线性系统。本文针对这些不确定性因素,设计了一种适用于电液伺服系统的非线性自适应鲁棒控制策略,首先对阀控缸的非线性结构和其工作原理进行了分析,进而可以得到此系统的状态空间模型;然后,采用了自适应鲁棒控制的策略,将一个电液伺服系统的控制器设计问题转化成多个带有误差变量的Lyapunov函数的设计问题;最后仿真结果证实了该控制方法可取得良好的控制效果,具有结构简单,鲁棒性强等特点。


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