基于线性自抗扰的齿轮传动涡扇发动机控制

刘云霄，胡忠志，王继强

（南京航空航天大学能源与动力学院，南京 210016）

0 引言

涡扇航空发动机是极其复杂的非线性系统，运行工况与外界环境多变，存在各种各样的干扰。目前国内还未见专门对大涵道比涡扇发动机中的各种干扰和控制的公开研究报道。可实际上发动机工作在复杂多变且恶劣的环境中，如果建模控制等研究忽略各种干扰，只是比较发动机在确定模型下的各类控制问题显然是不够的。PW 公司花费近20 年时间和10 多亿美元研发的齿轮传动涡扇（GTF）发动机相对于现役的传统涡扇发动机，油耗降低15%，维护成本降低20%，噪声降低75%，污染物排放降低50%[1-2]。中国针对GTF 发动机的建模技术研究还不多，张登稳等[3]根据已有的小型齿轮传动涡扇发动机DGEN380试验平台，简单建立了GTF发动机部件级模型，但其模型结构较为简单。建立精确实用的GTF发动机模型对研究干扰模型和控制算法非常重要。

发动机的系统干扰按干扰来源分为外部干扰和内部干扰。外部干扰包括大气湍流、电磁、发动机功率提取以及引气干扰等；内部干扰包括燃油泵、传感器等部件受环境影响的干扰、涡轮或压气机部件健康参数蜕化等。从建模原理可概括为系统内部无法建模的动态过程、未知的系统参数、外界的环境变化、传感器或执行机构的噪声等[4]。传统PID（Proportion In⁃tergration Differentiation）控制方法对干扰的抑制能力较弱。自抗扰控制（Active Disturbance Rejection Con⁃trol，，ADRC）方法可解决具有大范围复杂结构不确定系统的控制方法[5-6]。之后LI 等[7]又提……