● 摘要
航空发动机智能控制是发动机控制领域的重点研究课题之一，而基于模型的发动机直接推力控制是发动机智能控制研究的重要发展方向。本文针对双转子涡扇发动机，在Matlab/Simulink环境下，建立了发动机直接推力控制仿真平台，开展了基于模型的直接推力控制研究。主要研究内容包括：双转子涡扇发动机非线性模型的建立、实时线性动态模型的建立、双回路频域整形控制器设计、直接推力控制和故障诊断算法的研究。
1）利用容腔法和变比热方法建立了某型双转子喷口不可调涡扇发动机的无迭代非线性模型；基于此非线性模型，采用顺数法提取了发动机各个稳态点的状态空间模型，提出了一种采用粒子群优化算法（Particle Swarm Optimization，PSO）对状态空间模型修正的方法；同时，基于增益调度法和直接系数矩阵变换法建立了两种发动机分段的实时线性动态模型，仿真验证了模型的有效性。
2）基于最优未知输入观测器（Unknown Input Observer，UIO）原理，提出了一种适用于存在未知输入干扰和测量噪声情况的涡扇发动机状态估计方法，仿真验证了算法的有效性。
3）分别基于Kalman滤波器的设计方法和最优UIO的设计方法建立了涡扇发动机机载模型和推力估计器；针对执行机构位置饱和限制和速率饱和限制的工程实际应用问题，提出了一种双回路直接推力控制的综合设计方法，其中内环为基于鲁棒H∞频域整形转子转速闭环控制，外环为带抗积分饱和PI控制器的发动机推力闭环控制；最后，通过仿真证明该方法具有抗干扰能力和伺服跟踪能力。
4）针对发动机传感器故障诊断问题，提出了一种基于最优UIO涡扇发动机传感器故障诊断、隔离、重构（Fault Detection，Isolation and Accommodation，FDIA）方法。仿真结果表明，该方法能对单一传感器故障诊断进行有效的检测、隔离和重构。