基于模糊误差判断算法的航空发动机PID 控制

陈 勇,蔡开龙

(南昌航空大学通航学院,江西 南昌 330063)

0 引言

航空发动机被归类于强非线性被控对象,其气动热力过程十分复杂,而且工作环境恶劣[1]。在飞行包线内,由于飞行环境和飞行状态的不断改变,需要控制航空发动机在任何变化的条件下都能正常工作,并充分发挥发动机的性能效益[2]。普通比例-积分-微分(proportial integral differential,PID)算法与其他智能算法相比,具有结构简单、容易实现等特点,在生产实践中被大量采用[3]。但是普通PID 应用于航空发动机控制时,对非线性信号的追踪不是很理想,非常有局限性,不能很好地满足航空发动机的控制要求。随着控制方法的不断创新,多种智能控制方法被提出,如基于遗传算法的PID 控制[4]、基于神经网络算法的PID 控制[5]、基于模糊算法的PID 控制[6]等。

本文提出模糊误差判断PID 控制:由模糊规则表、误差判断规则以及PID 控制器构成模糊误差判断PID控制器。根据仿真结果,模糊误差判断PID 算法能够很好地适应航空发动机工作过程的多变性、复杂性,对航空发动机的控制效果良好。

1 航空发动机控制系统

1.1 航空发动机转速控制系统

本文设计的基于模糊误差判断算法的航空发动机PID 控制系统如图1 所示。

图1 基于模糊误差判断算法的航空发动机PID 控制系统图Fig.1 Aero-engine PID control system based on fuzzy error judgment algorithm

图1 中:NfR为转速参考指令;Nf为发动机转速;er为转速参考指令与发动机转速的偏差;U为模糊误差判断PID 控制器输出;Wf为主燃烧室供油量。

该控制系统由转速参考指令NfR与发动机转速Nf得到偏差er;然后将偏差er输入模糊误差判断PID 控制器,由模糊误差判断PID 控制器根据输入量er计算出控制量U,并且发送给执行机构;执行机构将根据控制量U计算出航空发动机正常运转所需燃油量。……