一种具有过速饱和保护限制的高超声速发动机供油规律

本发明涉及高超声速发动机控制，具体而言，涉及一种采用过速饱和保护限制的高超声速发动机速度控制与供油方法。

背景技术：

1、高超声速飞行器的速度控制对整个飞行控制的稳定非常关键，当速度长时间低于某个区间时，会导致发动机有熄火的危险；而当速度高于某个区间时，也不利用飞行控制稳定，同时还会影响飞行器的射程，使得飞行器设计射程比遇到射程要小。因此具有速度保护功能的供油规律对高超声速飞行器的速度控制具有很高的实用价值，既能提高飞行器的整体安全性与稳定性，还能使得飞行器整体处于比较省油的速度区间飞行，同时在突发干扰情况下，飞行器的速度能够快速脱离速度障碍区或者危险区。基于上述背景原因，本发明提出了一种具有过速饱和保护功能的高超声速供油规律，具有很高的工程实用价值。

2、需要说明的是，在上述背景技术部分发明的信息仅用于加强对本发明的背景的理解，因此可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种具有过速饱和保护限制的高超声速发动机供油规律，进而至少在一定程度上克服由于相关技术的限制和缺陷而导致的高超声速飞行器速度控制的精度不高与速度过速保护不足的问题。

2、根据本发明的一个方面，提供一种具有过速饱和保护限制的高超声速发动机供油规律，包括以下步骤：

3、步骤s10，在飞行器上安装速度传感器，测量飞行器的实时速度，然后安装飞行器的飞行需要，设置飞行器的期望速度信号，两者进行比较，得到速度误差信号；然后设置过速保护速度，与飞行器的实时速度进行比较，得到过速误差信号。

4、步骤s20，根据所述的速度误差信号与过速误差信号，首先进行非线性变换，得到非线性速度误差信号；然后采用速度误差信号与过速误差信号进行混合非线性变换，得到混合积分因子信号；然后对混合积分因子信号进行非线性积分，得到速度误差混合积分信号；最后对速度误差信号进行积分，得到速度误差积分信号。

5、步骤s30，根据所述的速度误差信号与过速误差信号，设计非线性分数阶滤波器，首先求解滤波器输出与速度误差信号以及过速误差信号间的差值，得到滤波误差信号；然后对滤波误差信号进行非线性变换，得到滤波非线性信号；然后根据滤波误差信号与滤波非线性信号，设计非线性分数阶滤波微分信号；再进行非线性积分，得到滤波器输出信号；最后根据非线性分数阶滤波微分信号求解速度误差近似阻尼信号。

6、步骤s40，根据所述的速度误差信号、非线性速度误差信号、速度误差近似阻尼信号、速度误差混合积分信号、速度误差积分信号线性叠加得到速度误差滑模信号；然后根据速度误差滑模信号采用非线性自适应规律设计常值干扰速率信号、速度误差干扰速率信号、过速误差干扰速率信号、非线性速度误差干扰速率信号。

7、步骤s50，根据所述的常值干扰速率信号、速度误差干扰速率信号、过速误差干扰速率信号、非线性速度误差干扰速率信号分别进行非线性积分得到常值干扰估值信号、速度误差干扰估值信号、过速误差干扰估值信号、非线性速度误差干扰估值信号；然后叠加速度误差滑模信号与速度误差滑模信号的非线性变换以及速度误差近似阻尼信号形成最终的发动机过速饱和保护供油规律。

8、在本发明的一种示例实施例中，在飞行器上安装速度传感器，测量飞行器的实时速度，然后安装飞行器的飞行需要，设置飞行器的期望速度信号，两者进行比较，得到速度误差信号；然后设置过速保护速度，与飞行器的实时速度进行比较，得到过速误差信号；再进行非线性变换，得到非线性速度误差信号；然后采用速度误差信号与过速误差信号进行混合非线性变换，得到混合积分因子信号；然后对混合积分因子信号进行非线性积分，得到速度误差混合积分信号；最后对速度误差信号进行积分，得到速度误差积分信号包括：

9、ev＝v-vd；

10、ev0＝v-vd0；

11、

12、

13、

14、s2＝∫evdt；

15、其中v为飞行器的实时速度，通过飞行器控制系统的惯导设备解算得到飞行器的实时速度；vd为飞行器的期望速度信号，ev为速度误差信号；vd0为过速保护速度，ev0为过速误差信号；k1、k2、k3、ε1、ε2、ε3为非线性变换的常值参数，ev1为非线性速度误差信号；k4、k5、k6为混合非线性变换的常值参数，ev2为混合积分因子信号；t为积分时间常数；s1为速度误差混合积分信号；s2为速度误差积分信号。

16、在本发明的一种示例实施例中，根据所述的速度误差信号与过速误差信号，设计非线性分数阶滤波器，首先求解滤波器输出与速度误差信号以及过速误差信号间的差值，得到滤波误差信号；然后对滤波误差信号进行非线性变换，得到滤波非线性信号；然后根据滤波误差信号与滤波非线性信号，设计非线性分数阶滤波微分信号；再进行非线性积分，得到滤波器输出信号；最后根据非线性分数阶滤波微分信号求解速度误差近似阻尼信号包括：

17、w(n)＝ev(n)+ev0(n)-y0(n)；

18、

19、yd(n)＝(ev(n)+ev0(n)-y0(n)+k8w9/7+k9f1)/t1；

20、

21、ed(n)＝yd(n)/2；

22、其中w为滤波误差信号；ε4为非线性变换的常值参数，f1为滤波非线性信号；t1为非线性滤波的常值时间参数，k8、k9为非线性分数阶滤波器的常值参数，yd为非线性分数阶滤波微分信号；y0为滤波器输出信号；ed为速度误差近似阻尼信号。

23、在本发明的一种示例实施例中，根据所述的速度误差信号、非线性速度误差信号、速度误差近似阻尼信号、速度误差混合积分信号、速度误差积分信号线性叠加得到速度误差滑模信号；然后根据速度误差滑模信号采用非线性自适应规律设计常值干扰速率信号、速度误差干扰速率信号、过速误差干扰速率信号、非线性速度误差干扰速率信号包括：

24、s＝c1ev+c2ev1+c3ed+c4s1+c5s2；

25、

26、

27、

28、

29、其中c1、c2、c3、c4、c5为常值滑模面参数；s为速度误差滑模信号；l11、l12、l13为常值参数，用于调节常值干扰估值信号的收敛速度的快慢，c9d为常值干扰速率信号；l21、l22、l23为常值参数，用于调节速度误差干扰估值信号的收敛速度的快慢，c10d为速度误差干扰速率信号；l31、l32、l33为常值参数，用于调节过速误差干扰估值信号的收敛速度的快慢，c11d为过速误差干扰速率信号；l41、l42、l43为常值参数，用于调节非线性速度误差干扰估值信号的收敛速度的快慢，c12d为非线性速度误差干扰速率信号。

30、在本发明的一种示例实施例中，根据所述的常值干扰速率信号、速度误差干扰速率信号、过速误差干扰速率信号、非线性速度误差干扰速率信号分别进行非线性积分得到常值干扰估值信号、速度误差干扰估值信号、过速误差干扰估值信号、非线性速度误差干扰估值信号；然后叠加速度误差滑模信号与速度误差滑模信号的非线性变换以及速度误差近似阻尼信号形成最终的发动机过速饱和保护供油规律包括：

31、

32、

33、

34、

35、

36、其中为常值干扰估值信号、为速度误差干扰估值信号、为过速误差干扰估值信号、为非线性速度误差干扰估值信号；c6、c7、c8为常值滑模面参数为供油规律的常值参数，u为发动机过速饱和保护供油规律。

37、在本发明的一种示例实施例中，根据所述的速度误差信号、速度跟踪组合控制量与非线性误差信号，采用自适应算法，设计最终的飞行器稳定供油规律包括：

38、

39、

40、

41、其中与供油规律的自适应系数，与为与的导数，kg1、kg2、kg3、kg4为常值自适应调节速率参数，其详细设计见后文案例实施。其中ka1为常值控制参数，其详细设计见后文案例实施，ua为最终的供油因子。

42、按照上述发动机过速饱和保护供油规律提供给高超声速飞行器发动机，供油阀门控制供油量的大小，即可实现飞行器速度的快速精准控制。

43、有益效果

44、本发明提供的一种具有过速饱和保护限制的高超声速发动机供油规律，其优点有如下三点。其一是通过一种非线性分数阶近似滤波器，提高了速度误差阻尼信号，从而能为滑模面提供微分信号，以及为系统控制提高阻尼，提高飞行器速度控制的平稳性。其二是采用了过速保护，而且通过分母位置的过速误差，使得飞行器速度接近过速保护速度时能提供较大的控制量远离低速或者高速区，从而使得速度能够稳定在一个区间范围内。其三在于讲飞行器飞行中干扰速度变化的因素等效为和速度误差以及滑模面相关的四类，从而采用非线性自适应方法进行干扰补偿，使得最终的速度控制精度较高。

45、应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本发明。