84、超音速发动机ADRC控制器的多变量控制与鲁棒性分析

超音速发动机ADRC控制器的多变量控制与鲁棒性分析

1. 典型工况下ADRC控制器的仿真测试验证

真实航空发动机包含加速、减速过程以及加力燃烧室状态切换，加力燃烧室状态切换是强干扰状态。为验证上述状态变化对控制器性能的影响，系统仿真验证时设置了四种状态变化：无加力状态 - 加力状态 - 保持加力开启 - 关闭加力，其中包含一次加速过程和两次减速过程。

为实现加速和减速控制，分别为Nh和NPR设置了四个不同的目标值。TD将阶跃输入信号转换为平滑曲线，ESO和非线性PID误差反馈精确跟踪给定信号。在Alt = 5.0 km、Ma = 0.5的条件下，整个仿真周期内目标信号可实现零误差跟踪。在加速和减速状态下，Nh控制回路无超调，NPR控制回路超调也在合理范围，表明ADRC控制器能满足加速和减速状态的稳定可靠控制效果。Nh控制回路的最大超调分别为0.26%和0.18%，NPR控制回路的最大超调分别为4.56%和6.16%。NPR控制回路波动更剧烈、跳跃性更强，说明其抗干扰能力稍差，在切换力的强干扰条件下无法保持较小超调，但仍能确保在仿真时间内精确跟踪。

仿真期间，主燃油质量流量（WFM）、加力燃油质量流量（WFA）和喷管面积（A8）的变化趋势如下：在加速和减速过程中，通过调整WFA实现Nh跟随控制，使用A8实现NPR跟随控制。开启加力燃烧室状态时，WFA和A8需大幅增加。燃烧室出口温度（T41）、推力（FN）、燃油消耗率（SFC）和喘振裕度（SMF、SMC）等非控制参数的变化规律为：T41的变化主要受WFA影响，在切换加力燃烧室状态时会出现状态跳跃；FN和SFC受多个输入参数影响，状态变化时波动较小；与SMC相比，SMF对干扰更敏感。上述参数均在正常工作范围内，可达到预期设计效果。 <