摘要
本文将一种新的滑动模态变结构控制方法：全程滑态变结构控制(Global
Vriable Structure Control）（GVSC）方法引入航空发动机控制系统中。该控制方法能
有效地缩短系统状态到达滑动模态的时间，克服了定常滑态变结构控制系统在能
达阶段对扰动的敏感性。因此，鲁棒性要优于定常滑态变结构控制方法。
本文首先应用GVSC理论设计出了航空发动机全程滑态变结构调节器，通过
仿真证明了该方法的优越性。而后重点设计和分析了航空发动机全程滑态变结构
模型跟踪控制系统；规划出满足性能指标、理论要求并且完全解耦的参考模型；
仿真结果表明，所设计的航空发动机全程滑态变结构模型跟踪器具有良好的跟踪
性能，对外界干扰和参数摄动有很强的抑制能力。同时，本文对跟踪控制器的可
调参数对系统控制效果的影响进行了研究。
为了使研究更具实际应用性，本文考虑了约束情况下系统的控制性能，给出
了跟踪控制器的适用范围。结果表明，我们所设计的航空发动机模型跟踪控制系
统在应用中具有可实现性。最后讨论了航空发动机全程滑态变结构跟踪控制系统
在全飞行包线的适用性问题。
In this paper, a new variable structure control method, that is, Global Variable Structure Control (GVSC), is introduced to aero engine control system. This method can efficiently shorten the time during which system initial states reach the sliding mode, overcome the sensitivity of Constant Variable Structure Control (CVSC) to noise and changing of model parameters in this period. Thus compared with CVSC, its robustness is much better.
On the base of this new theory, aero engine GVSC regulator is designed. Simulation results show its advantages. Then, aero engine GVSC model following system is focally designed and analyzed, reference model designed for the system meets performance target, theory matched requirement, and achieves complete uncoupling. It is shown that the system has good following performance, and possesses strong ability of anti-noise and anti-changing to model parameters. In addition, the influence of regulating parameter to system control effect is further studied.
In order to achieve engineering application, system performance under practical constraints is considered and suitable application scope of controller is given finally. research results show that aero engine GVSC model following system designed in this paper has certain feasibility in practice. At last, adaptability of the system in flight field is discussed.
引文
[1] A.S.I.Zinober, C.M.Doring, Yang Xinhua, " Design Techniques for Multivariable Variable Structure control system", Proceedings of the 25th IEEE Conference on Decision and Control, Vol. 1, 1986, PP306-311．
[2] V.I.Utkin, "Variable Structure Systems with Sliding Modes", IEEE Trans. Auto.Contr. Vol.AC-2, No.2, April 1977．
[3] S.V.Emelyanov, "Variable Structure Control Systems", Moscow, Nauka, 1967．
[4] A.S.I.Zinober, "Multivariable Variable-structure Adaptive Model-following Control Systems", IEEE Proc., Vol.129, Pt.D, No.1, Jan. 1982．
[5] M.Zohdy, M.S.Fadali, J.liu, "Variable Structure Control Using System Decomposition", IEEE Trans. Auto. Contr., Vol.AC-37, No. 10, Oct. 1992, PP1514-1517．
[6] G.Ambrosino, G.Celentano, F.Garofalo, "Variable Structure Model Reference Adaptive Control Systems", Int. J. Control, Vol.39, No.6, 1984, PP1339-1349．
[7] N.Olgac, B.E.Platin, J.M.Chang, "Sliding Mode Control of Remotely Operated Vehicles for Horizontal Plane Motions", IEEE Proceedings-S,Vol.138, No.5,1991,PP469-473．
[8] D. B. Izosimov, V.I.Utkin, "Sliding Mode Control of Electric Motors", IFAC Symp.,1981．
[9] Ju-Jang Lee, Yangsheng Xu, Dong Sang Yoo, "Variable Structure Control Using an Adaptive Boundary of System Uncertainty", Int.J.Systems Sci., a993, Vol.24, No.2,277-287．
[10] S.V.Baida, "Unit Sliding Mode Control in Continuous and Discrete-time Systems", Int. J. Control, 1993, Vol.57, No.5, 1125-1132．
[11] Okyay kaynak, Ahmet Denker, "Discrete-time Sliding Mode Control in the Presence of System Uncertainty", Int. J. Control, 1993, Vol.57, No.%, 1177-1189．
[12] S.M.Madani-Esfahani, S.H.Zak, "Variable Structure Control of Dynamical Systems with Bounded Controllers", Proceedings of the 1987 American Control Conference, Vol.1, PP90-95．
[13] K.K.D.Young, "Controller Design for a Manipular Using Theory of Variable Structure Systems", IEEE Trans. System, Man and Cybernetics, Vol.SMC-8, No.2, Feb.1978, PP101-109．
[14] K.K.D.Young, "Asymptotic Stability of Model Reference System with Variable Structure Control", IEEE Trans. Auto.Contr., Vol.AC-22, No.2, April 1977, PP279-281．
[15] S.K.Spurgeon, R.J.Patton, "Robust Variable Structure Control of Model Reference Systems", Mathematical Sciences Report, No A131, Aug. 1990．
[16] Chunbo Feng, Yuqiang Wu, "A Design Scheme of Variable Structure Adaptive Control for Uncertain Dynamic Systems", Automatics, Vol. 32, No.4, 1996, PP561-567．
[17] 高为炳，“变结构控制研究的发展与现状”，控制与决策，8卷4期，1993。
[18] 高为炳，《变结构控制理论基础》，中国科学技术出版社，1990。
[19] 姚琼荟，黄继起，吴汉松，《变结构控制系统》，重庆大学出版社，1997。
[20] 王丰尧，《滑模变结构控制》，机械工业出版社，1995。
[21] 陈新海，李言俊，周军，《自适应控制及应用》，西北工业大学出版社，1998。
[22] 张英林，《控制系统的稳定性分析》，兰州大学出版社，1987。
[23] 郑大钟，《线性系统理论》，清华大学出版社，1990。
[24] 程云鹏，《矩阵论》，西北工业大学出版社，1990。
[25] 高为炳，《非线性控制系统导论》，科学出版社，1991。
[26] 西工大，南航，北航，《航空燃气涡轮发动机原理》，国防工业出版社，1981。
[27] 唐狄毅，廉小纯，《航空燃气轮机原理》(下册)，国防工业出版社，1990。
[28] 樊思齐，徐芸华等，《航空推进系统控制》，西北工业大学出版社，1995。
[29] 王曦，“航空发动机结构不确定性系统多变量鲁棒H∞控制”，西北工业大学博士论文，1998。
[30] 王镛根，缑林峰，陶涛，“航空科技预研课题研究报告”，2000。
[31] 陶涛，“航空发动机鲁棒控制研究”，西北工业大学博士论文，1997。
[32] 程勉，高为炳，“变结构系统的递阶切换模式”，航空学报，10卷3期，1989。
[33] 张科，“全程滑态变结构控制研究”，西北工业大学博士学位论文，1998。
[34] 李彦平，“变结构控制理论及应用”，西北工业大学博士论文，1990。
[35] 周军， “不确定性系统的变结构自适应控制理论及其应用“西北工业大学 博士学位论文，1993。
[36] 朱志刚，“多变量不确定性系统的变结构控制理论及应用”，西北工业大学 博士论文，1994。
[37] 黄万伟，“时变滑动模态变结构控制理论与应用研究”，西北工业大学博士 学位论文，1997。
[38] 朱志刚，周凤歧，“不确定性多变量线性系统的变结构最终滑动模态控制方 案”，控制理论与应用，13卷1期，1996。
[39] 胡寿松，《自动控制原理》，国防工业出版社，1996。
[40] 郭锁凤，《计算机控制系统设计与实现》，航空工业出版社，1987。
[41] 周军，周凤歧，“线性多变量模型跟踪控制系统的参考模型设计”，控制理 论与应用，Vol．14，No．2，1997，PP283-286．
[42] 冯正平，孙建国，刘冬，“某型涡扇发动机的模型跟踪滑动模态控制”，第 九届航空动力自动控制专业学术论文集，1998。
[43] 唐宏刚，“综合飞行／推进系统H∞控制器设计方法研究”，西北工业大学硕士 学位论文，1998。
[44] 梁春燕，“新的模型参考自适应控制方法在航空发动机中的应用”，西北工 业大学硕士学位论文，1998。
[45] 何黎明，“涡扇发动机最优加速控制研究”，西北工业大学硕士学位论文， 2000。
[46] 李伟刚，“某型涡扇发动机过渡态寻优控制研究”，西北工业大学硕士学位论文，2001。
[47] 薛定宇，《控制系统计算机辅助设计-MATLAB语言及应用》，清华大学出 版社，1996。
[48] 程卫国，冯峰，姚东，徐听，《MATLAB 5． 3应用指南》，人民邮电出版社， 1999。
[49] 龚剑，朱亮，《MATLAB 5． X入门与提高》，清华大学出版社，2000。