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航空发动机分布式控制时延系统稳定性及鲁棒控制方法研究

高大伟  
【摘要】:航空发动机分布式控制系统的发展带来优越性的同时也带来了新的问题,其中通信网络的时延是一大难点也是一大热点问题。本文以某型涡扇发动机为研究对象,建立时延系统模型,提出针对时延的稳定性定理,给出时延系统鲁棒H∞控制器求取方法,并设计干扰抑制H∞控制器和指令跟踪H∞控制器,观察时延对系统的影响。首先在根据航空发动机气动热力学特性得到航空法发动机非线性模型数据,应用小扰动拟合法求得航空发动机稳态平衡点的线性状态变量模型,保证其与非线性模型相比具有良好的精度,能够用于后续控制器设计。考虑到分布式控制系统实际上是一种网络控制系统,首先在通信网络不变的前提下,假定本文研究的时延系统的时延条件,确定对时延的研究方向,建立该时延条件下的双时延的状态变量模型,推导出具有较好保守性的时延相关的稳定性定理。采用鲁棒H∞控制理论,在稳定性定理推导的过程中引入H∞范数的数学定义,应用Schur补引理等数学工具最终获得时延系统鲁棒H∞控制器的求解定理。针对干扰抑制问题,求解了控制器进行了数值仿真。为获得时延系统指令跟踪的控制器,在模型中增广跟踪误差为状态获得新的增广时延系统,确定新的H∞控制指标来使系统的跟踪性能达到最优。给定时延上界条件获得对应的控制器,对所求解的控制器进行跟踪控制仿真,使得系统具有良好的跟踪性能,调节时间良好,无超调,稳态误差为零。


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