【摘 要】
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航空发动机是一种经常工作在高温、高压、高转速环境中的热机,要求控制器具有较高的控制性能。传统模型预测控制由于需要在线反复计算二次规划问题而导致算法实时性较差,本文基于某型涡扇发动机,从降低算法复杂度和程序存储空间方面分别研究了显式模型预测控制算法和动态矩阵控制算法,并将模型预测控制算法拓展到加力状态。主要工作如下:（1）基于多参数规划设计了一种航空发动机显式预测控制算法,降低了模型预测控制算法的复
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航空发动机是一种经常工作在高温、高压、高转速环境中的热机,要求控制器具有较高的控制性能。传统模型预测控制由于需要在线反复计算二次规划问题而导致算法实时性较差,本文基于某型涡扇发动机,从降低算法复杂度和程序存储空间方面分别研究了显式模型预测控制算法和动态矩阵控制算法,并将模型预测控制算法拓展到加力状态。主要工作如下:（1）基于多参数规划设计了一种航空发动机显式预测控制算法,降低了模型预测控制算法的复杂度。基于多参数规划方法,将有约束二次规划问题转化为关于状态的线性函数计算问题,通过航空发动机当前状态即可查询得到当前控制量。仿真结果表明,建立的显式预测控制算法在考虑约束的同时实现了稳态和过渡态控制,有效地降低了模型预测控制算法的复杂度,硬件在环仿真试验结果验证了所设计算法的优越性和可行性。（2）基于稀疏矩阵存储和矩阵分解法设计了一种航空发动机动态矩阵控制算法,降低了模型预测控制算法的复杂度并减少了程序存储空间。首先基于航空发动机阶跃响应,求出算法中所需的预测模型,然后通过矩阵分解法离线求解算法中的二次规划问题,最后设计了基于三元组表的稀疏矩阵存储方法存储程序中的矩阵。仿真结果表明,建立的动态矩阵控制算法在考虑约束的同时实现了稳态和过渡态控制,稀疏矩阵存储方法极大的降低了程序存储空间,矩阵分解法减少了程序在线计算时间,硬件在环仿真试验结果验证了算法的优越性和可行性。（3）基于补偿控制策略设计了一种航空发动机加力状态组合控制算法,将模型预测控制器拓展到了加力状态。基于航空发动机加力控制计划,设计了加力燃油流量关于油门杆角度、压气机进口总温等参数的开环控制算法;由于加力的快速开通和关断会干扰核心机正常工作,利用调节参数更少的线性自抗扰控制器对发动机压比控制环节进行扰动补偿。仿真结果表明,建立的加力控制算法和抗加力扰动补偿控制算法在保证航空发动机正常加力控制的同时不会对核心机造成扰动,模型预测控制算法在加力状态也可以保证核心机正常工作。
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