具有边界保护性能的直升机飞-发一体化控制律

doi:10.7527/S1000-6893.2022.27560

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具有边界保护性能的直升机飞-发一体化控制律

杨庶()

西北工业大学自动化学院，西安 710072

收稿日期:2022-05-11 修回日期:2022-06-01 接受日期:2022-06-09 出版日期:2023-06-25 发布日期:2022-06-17
通讯作者: 杨庶 E-mail:syang@nwpu.edu.cn
基金资助:
航空科学基金(20180753005)

Helicopter integrated flight⁃engine control with envelope protections

Shu YANG()

School of Automation，Northwestern Polytechnical University，Xi’an 710072，China

Received:2022-05-11 Revised:2022-06-01 Accepted:2022-06-09 Online:2023-06-25 Published:2022-06-17
Contact: Shu YANG E-mail:syang@nwpu.edu.cn
Supported by:
Aeronautical Science Foundation of China(20180753005)

摘要/Abstract

摘要：

针对直升机飞-发一体化控制和边界保护控制问题，提出了一种基于投影算子的新型边界保护控制律设计方法，基于反馈控制概念设计了指令约束器，通过对控制指令进行修正，实现边界保护控制。基于UH-60直升机和T700涡轴发动机的参数，建立了直升机-传动机构-发动机综合系统的数学模型，采用动态逆和线性二次型调节器（LQR）控制理论设计了直升机飞-发一体化控制律，与基于投影算子的边界保护控制模块进行整合形成完整控制律。采用数值仿真检验了控制律的控制性能，仿真结果表明本文设计的控制律能够实现直升机和发动机的综合控制，在高度、滚转、俯仰、偏航通道实现显模型跟踪控制性能的同时，实现了高度变化率、姿态角、姿态角速率和发动机动力涡轮转速边界保护控制要求。

关键词: 直升机-传动机构-发动机综合系统, 飞-发一体化控制, 边界保护控制, 显模型跟踪, 动态逆控制, 投影算子

Abstract:

A novel envelope protection control method is proposed in this work. Such a control method is designed based on concepts of projection operators and command governors， achieving envelope protections by modifying control commands. A mathematical model is developed for a helicopter-transmission-engine integrated system based on parameters of the UH-60 helicopter and the T700 turboshaft engine. An integrated flight-engine control law is designed based on dynamic inversion and LQR control theories， and integrated with the projection operator-based envelope protection module. Numerical simulations are conducted to examine the performance of the control law. Simulation results indicate that the integrated helicopter-engine control law designed in this work achieves explicit modeling following performance in altitude， roll， pitch， and yaw control channels， and ensures envelope protections for altitude rates， fuselage attitudes， fuselage attitude rates， and engine power shaft speed.

Key words: helicopter-transmission-engine integrated systems, integrated flight-engine control, envelope protection control, explicit model following, dynamic inversion control, projection operators

中图分类号:

V212.4

杨庶. 具有边界保护性能的直升机飞-发一体化控制律[J]. 航空学报, 2023, 44(S1): 727560-727560.

Shu YANG. Helicopter integrated flight⁃engine control with envelope protections[J]. Acta Aeronautica et Astronautica Sinica, 2023, 44(S1): 727560-727560.

图/表 15

图 1

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图 3

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表 1

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图 13

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参考文献 29

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主管单位：中国科学技术协会主办单位：中国航空学会北京航空航天大学

工况	数据类型	N_G/ %	N_P/ %	W₂/ （kg·s^-1）	P₃/ MPa	T₃/ K
1	试验值	65.9	52.6	1.45	0.400	462.23
	NASA模型	70.0	83.8	1.63	0.437	475.54
	本文模型	70.1	61.9	1.60	0.422	484.76
2	试验值	84.7	95.7	2.34	0.780	570.04
	NASA模型	86.4	100.6	2.50	0.820	579.49
	本文模型	85.8	98.2	2.66	0.829	581.88
3	试验值	87.7	95.7	2.79	0.958	600.60
	NASA模型	88.1	97.8	2.84	0.977	602.27
	本文模型	88.6	96.8	3.04	0.998	603.44

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