第24卷第2期航空学报Vol.24No.22003年3月ACTAAERONAUTICAETASTRONAUTICASINICA21衍・2003文章编号:1000-6893(2003)02-0107-04航空发动机全程滑态模型跟踪控制研究赵庆荣，樊丁(西北工业大学航空动力与热力工程系，陕西西安710072)AeroEngineGlobalVariableStructureModelFollowingControlSystemZHAOQing-rong,FANDing(DepartmentofAcrocngincandThcmialPowerEngineering,NorthwesternPolylcchnicalUniversity,Xian710072,China)摘要:将全程滑态变结构模型跟踪控制存次应用于航空发动机系统，设计出了航空发动机全程滑态模型跟踪控制器。采用二次状态反馈法规划的参考模型不仅满足性能指标要求和完全跟踪的模型匹配条件，同时也实现了完全解耦。由于全程滑态变结构控制消除了能达阶段，故能克服定常滑态变结构控制系统在此阶段对扰动的敏感性，并且其控制律的设计可以改善系统的瞬态性能，克服扰动和未知参数摄动的影响。结果表明：所设计的系统能取得令人满意的控制效果，能有效地抑制干扰和参数摄动的影响，具有强的鲁棒性。关键词：模型跟踪控制；全程滑态控制；参考模型；航空发动机中图分类号：V233.7文献标识码：AAhstract:(ilobalVariableStructureModelFollowingG)nlrol((JVSMEC')Theory,anewvariablesiructurccontrolapproach,isintroducedtoaeroenginecontrolsystems・Thisapproachcanefficientlyshortenthetimeduringwhichsysteminitialstatesreachtheslidingmodel,overcomethesensitivityof(ConstantVariableStructure(hnir(〉l(CVSC)touncertaintiesduringthisperiod,andthusenhancetherobustnessofthesystem・Furthermore,ThedesignofitscontrolprinciplealsoimprovestransientpcrfonDanceofIhesystem.INsedonthislhcory>anaeroengineCASMECsystemisdesignedandstudied・Thereferencemodeldesignedviathestatefeedbackmethodmeetstheperformancetargetsandthcx.)ry-matchingrcc^uircrnenlsinackliliontocomplclcuncoupling・Ilisshownthatthecontrolsyslcrnhasgoodfollowingperformance,andpossessesstrongabilityofaini-disturbaiiceandanti-variationofmodelparamclcrs.Keywords:variablestructurecontrol；modelfollowingcontrol；aeroengine航空发动机控制系统设计的难点在于:工况、环境和状态参数变化大,变化规律复杂，影响因素多,也即系统的“不确定性”。变结构控制方法具有对不确定性因素的不变性，算法简单等优点。有学者把足常滑态变结构控制引入航空发动机控制系统进行研究，但是由于在定常滑态变结构控制时存在能达阶段，会降低整个系统的鲁棒性。鉴于模型参考控制性能指标明确、设计直观方便,本文研究全程滑态变结构模型跟踪控制方法在航空发动机系统中的应用；通过适当的选取滑动超平面使误差系统从一开始就进入滑态并始终保持,系统消除了能达阶段从而增强了鲁棒性;并通过对滑态参数阵的设计，使系统的瞬态性能也得到了规划。基于该方法设计了航空发动机全程滑态模型跟踪控制器,并讨论了当满足或不满足不确定性匹配条件的干扰和参变存在时系统的鲁棒性。参考模型的规划采用二次状态反馈法，这种收稿日期:2001-07-02;修订日期:2002-05-08文章网址:http：/^www.hkxlxnet.ciy/hkxly^OOS/t)^)107/设计方法既满足了性能指标和匹配条件，乂实现了完全解耦。1全程滑态变结构模型跟踪控制(1)被控对象的数学描述考虑下式的一般不确.定性多变量系统Xp(z)=[AP+AAp(r)]Xp(z)+rBp+ABp(z)]U(/)+Dp/p(z)(1)式中:X€R",u€R/W,/P(neR1分别为状态变量、控制向量和外界干扰;Ap6R,,x\Bp6R”x'"分别为被控对象的已知标称系统矩阵和标称控制矩阵；AAP,ABP和Dp分别为矩阵A,〃的摄动矩阵和扰动分配矩阵。被控对象式(1)满足3个假设⑴。(2)参考模型的数学描述参考模型的数学描述为.=AmXm(n+(2)式中:Xm(z)eRrt为参考模型的状态变量；R⑺eR?,为参考模型的一致有界的外部输入量;人小6rrx\BmeR"5分别为参考模型的系统矩阵和控制矩阵均为Lebesgue可测且有界;为可控阵对，且rank(Bm)=1£mo定义误差系统的状态变量为e(t)=Xg(t)一Xp(?)则误差系统的标称模型为e(z)=Ame(z)+[Arn一Ap]Xp+-Bp...