航空电动燃油泵滑模容错控制研究

来源 :南京航空航天大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:zhaihoufu
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电动燃油泵系统作为多电发动机的核心部件,日益受到关注。多电发动机是一类采用电能作为全机次级能源的发动机框架,具有轻量结构,可靠稳定,节能减排等一系列优势,已成为目前航空发动机的主流发展趋势。其中,稳定可靠的电动燃油泵性能对确保飞行安全,提高飞行系统经济性,降低排放具有重要意义。本文针对航空电动燃油泵系统,开展了鲁棒容错控制研究,确保航空电动燃油泵在具有不确定性及执行机构故障的情况下能够可靠稳定运行。首先,建立了电动燃油泵的数学模型。针对一类由外啮合齿轮泵及无刷直流电机直连的电动泵系统,完成了整个系统的数学描述。并对齿轮泵中端面泄漏及径向泄漏进行分析和建模,研究了一类含有不匹配不确定性的系统鲁棒控制问题。其次,研究了电动燃油泵滑模控制问题。设计了基于混合幂次指数趋近律的滑模控制器,实现了对匹配不确定的鲁棒控制。随后,基于带抑制矩阵的积分滑模面设计了鲁棒控制器,该控制器能够对匹配和不匹配的不确定性均具有鲁棒性,且系统从任意初始状态均处于滑模面上,消除了趋近阶段,进一步增强了系统的鲁棒性。在此基础上,提出了一种组合滑模控制方法,该方法减小了积分滑模控制的保守性,在保留滑模控制的鲁棒性、易于实现等优点的基础上,增强了系统对不匹配不确定性的鲁棒性,保证了系统的可靠性。随后,设计了电动燃油泵容错控制系统。针对系统存在的执行机构故障,设计了Walcott-Zak观测器,实现了对故障的在线估计和控制律的重构。进一步地,提出了一种基于混合非奇异快速终端滑模观测器的容错控制方法,该方法能够无抖振的在线估计执行机构故障,无需滤波处理,避免了观测结果的相位滞后。这一特点使得该容错控制系统在处理执行机构故障,尤其是时变型故障时,能够取得更好的容错控制效果。最后,对电动泵系统的硬件实现展开研究。基于Raspberry Pi及STM32,搭建了航空电动燃油泵实验平台。实现了电动燃油泵的开环控制,数据采集,人机交互等功能。该工作为理论成果的硬件验证提供了基础。
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