综述

基于ESO的高空台发动机进气压力控制研究进展

  • 张松 ,
  • 白克强 ,
  • 但志宏 ,
  • 钱秋朦 ,
  • 刘磊
展开
  • 1. 中国航发四川燃气涡轮研究院高空模拟技术重点实验室, 绵阳 621703;
    2. 西南科技大学信息工程学院, 绵阳 621010
张松,研究员,研究方向为航空发动机高空模拟技术,电子信箱:zs3365475@sohu.com

收稿日期: 2019-07-06

  修回日期: 2020-05-16

  网络出版日期: 2021-07-01

基金资助

装备预研教育部联合基金(6141A02033616);中国航发自主创新专项基金(SHYS-2019-0004);西南科技大学博士研究基金(17zx7157)

Research status of engine air intake pressure control based on ESO

  • ZHANG Song ,
  • BAI Keqiang ,
  • DAN Zhihong ,
  • QIAN Qiumeng ,
  • LIU Lei
Expand
  • 1. Key Laboratory of High Altitude Simulation Technology, Sichuan Gas Turbine Establishment of Aero Engine Corporation of China, Mianyang 621703, China;
    2. School of Information Engineering, Southwest University of Science and Technology, Mianyang 621010, China

Received date: 2019-07-06

  Revised date: 2020-05-16

  Online published: 2021-07-01

摘要

高空台航空发动机进气压力控制是保障发动机高空模拟试验有效性及可靠性的关键,而基于扩张状态观测器(extended etate observer,ESO)的进气压力控制方法研究,目的是改进控制品质,抑制未知干扰的影响,实现进气压力的快速稳定控制。通过梳理高空台发动机进气压力控制技术的发展现状,阐述了基于ESO的控制方法研究进展及相关问题,并就目前ESO的参数整定及改进设计进行分类总结,提出了基于扩张状态观测器的高空台发动机进气压力控制的未来发展策略和研究方向。

本文引用格式

张松 , 白克强 , 但志宏 , 钱秋朦 , 刘磊 . 基于ESO的高空台发动机进气压力控制研究进展[J]. 科技导报, 2021 , 39(11) : 109 -117 . DOI: 10.3981/j.issn.1000-7857.2021.11.012

Abstract

Intake pressure control of high altitude platform is the key to ensure the effectiveness and reliability of high altitude simulation test. The design of intake pressure control method based on extended state observer (ESO) can effectively improve the control quality of intake pressure in high altitude platform simulation test, restrain the influence of unknown disturbance, and realize fast and stable control of intake pressure. In this paper, the development status of the intake pressure control system of high altitude platform is summarized, and the existing problems in research are pointed out. The research progress of the control technology based on ESO is systematically described. Parameter tuning methods and improved design methods of ESO are classified. The development strategy and research direction of ESO intake pressure control of high altitude platform are proposed.

参考文献

[1] 但志宏, 侯敏杰, 石小江, 等. 大流量航空发动机高空模拟进气压力智能与复合控制技术[J]. 燃气涡轮试验与研究, 2011, 24(2):13-16.
[2] 侯敏杰. SB101高空模拟试车台非等流量试验方法研究[J]. 燃气涡轮试验与研究, 1995(2):18-20.
[3] 侯敏杰. 调压系统变参数PID控制研究[J]. 燃气涡轮试验与研究, 1995(2):44-47.
[4] 裴希同, 张松, 但志宏, 等. 高空台飞行环境模拟系统数字建模与仿真研究[J]. 推进技术, 2019, 40(5):190-198.
[5] 李杰, 齐晓慧, 万慧, 等. 自抗扰控制:研究成果总结与展望[J]. 控制理论与应用, 2017, 34(3):281-295.
[6] 裴希同, 朱美印, 张松, 等. 一种特种阀流量特性计算的经验公式迭代方法[J]. 燃气涡轮试验与研究, 2016, 29(5):35-39.
[7] 张松, 郭迎清, 侯敏杰, 等. 复合控制技术在高空台进排气调压系统中的技术研究[J]. 测控技术, 2009, 28(11):29-33.
[8] 赵涌, 侯敏杰, 黄振南, 等. 航空发动机高空模拟试验进气压力复合控制研究[J]. 燃气涡轮试验与研究, 2010, 23(1):37-41.
[9] 朱美印, 王曦, 但志宏, 等. 高空台进气控制系统压力PI增益调度控制研究[J]. 推进技术, 2018, 40(4):902-910.
[10] Weisser M, Bolk S, Staudacher S. Hard-in-the-LoopSimulation of a feed forward multivariable controller for the altitude test facility at the university of stuttgart[C]//Proceedings of 2013 Aircraft Propulsion Systems Conference. Berlin:Aerospace Industry Association, 2013:1-6.
[11] 赵涌, 侯敏杰, 黄振南, 等. 航空发动机高空模拟试验飞行高度模糊PID控制系统[J]. 机电工程, 2010, 27(1):68-71.
[12] 乔彦平, 黄单. 基于遗传算法的高空台进排气控制仿真研究[J]. 测控技术, 2012, 31(6):83-86.
[13] 周家林, 敖永平, 侯俊林. 基于模糊自适应PID控制器的自动调压技术[J]. 燃气涡轮试验与研究, 2017, (3):53-56.
[14] Radke A, Gao Z. A survey of state and disturbance observers for practitioners[C]//Proceedings of the 2006 American Control Conference Minneapolis. Piscataway, NJ:IEEE, 2006:14-16.
[15] Luenberger D. Observers for multivariable systems[J]. IEEE Transactions on Automatic Control, 2003, 11(2):190-197.
[16] Han J Q. The "Extended State Observer" of a class of uncertain systems[J]. Control & Decision, 1995, 10(1):85-88.
[17] 韩京清. 自抗扰控制技术:估计补偿不确定因素的控制技术[M]. 北京, 国防工业出版社, 2008.
[18] 王坤, 蔡远利. 基于神经网络的非线性扩张状态观测器[J]. 计算机测量与控制, 2006, 14(8):1099-1102.
[19] 韩京清. 扩张状态观测器参数与菲波纳奇数列[J]. 控制工程, 2008, 15(增刊1):1-3.
[20] 李述清, 张胜修, 刘毅男, 等. 根据系统时间尺度整定自抗扰控制器参数[J]. 控制理论与应用, 2012, 29(1):125-129.
[21] Zhu L L, Yu X N, Liu L, et al. Application and the parameter setting of ADRC based on genetic arithmetic[J]. Electronics Instrumentation Customer, 2005, 4(12):64-66.
[22] 王坤, 张立广, 王琪. 基于改进型粒子群算法的扩张状态观测器[J]. 国外电子测量技术, 2017, 36(8):66-70.
[23] 周德召, 刘晓东, 李佳庆, 等. 基于在线学习的机载光电系统扩张状态观测器参数整定研究[J]. 电光与控制, 2019, 26(8):43-47.
[24] Li T Y, Zhu J H, Liu Z M, et al. Speed observation of asynchronous motor based on improved ESO[J]. Journal of Harbin University of Science & Technology, 2012, 35:120-123.
[25] Gao Z Q. Scaling and parameterizing a controller:8041436[P]. 2011-10-18.
[26] 王海强, 黄海. 扩张状态观测器的性能与应用[J]. 控制与决策, 2013, 28(7):1078-1082.
[27] 袁东, 马晓军, 曾庆含, 等. 二阶系统线性自抗扰控制器频带特性与参数配置研究[J]. 控制理论与应用, 2013, 30(12):1630-1640.
[28] 武雷, 保宏, 杜敬利, 等. 一种自抗扰控制器参数的学习算法[J]. 自动化学报, 2014, 40(3):556-560.
[29] 陈松林, 赵海香. 三阶扩张状态观测器的优化参数配置方法[J]. 控制与决策, 2014(10):1851-1855.
[30] 陈松林, 王鑫, 何宗儒. 一种兼顾带宽拓展和噪声抑制的ESO参数整定方法[J]. 控制与决策, 2018, 33(10):1908-1914.
[31] 马星河, 张振东, 许丹, 等. 基于蜂群算法的矩阵变换器ADRC参数优化[J]. 电力系统保护与控制, 2019(17):61-68.
[32] 周涛. 基于差分进化算法的线性自抗扰控制参数优化[J/OL]. 航空兵器, 2020. http://kns.cnki.net/kcms/detail/41.1228.TJ.20200219.0959.002.html.
[33] Lin F, Sun H, Zheng Q, et al. Novel extended state observer for uncertain system with measurement noise[J]. Control Theory & Applications, 2005, 22(6):995-998.
[34] 康忠健, 孟繁玉. 基于扩张状态观测器的SVC非线性变结构控制[J]. 继电器, 2007, 35(22):10-13.
[35] 王璐, 苏剑波. 基于干扰抑制控制的飞行器姿态跟踪[J]. 控制理论与应用, 2013, 30(12):1609-1616.
[36] Tian G. Reduced-order extended state observer and frequency response analysis[J]. 2007, 35(22):10-13.
[37] 黄国勇, 姜长生, 王玉惠, 等. 新型有限时间收敛滑模扩张状态观测器研究[J]. 信息与控制, 2008, 37(1):63-67.
[38] 胡婵娟. 自抗扰控制在直接转矩控制系统中的应用研究[D]. 武汉:华中科技大学, 2010.
[39] 王军晓, 戎佳艺, 俞立. 直流降压变换器的降阶扩张状态观测器与滑模控制设计与实现[J]. 控制理论与应用, 2019, 36(9):1486-1492.
[40] Guo B Z, Zhao Z L. On the convergence of an extended state observer for nonlinear systems with uncertainty[J]. Systems & Control Letters, 2011, 60(6):420-430.
[41] 陈志翔, 高钦和. 修改型扩张状态观测器:分析与实现[J]. 控制理论与应用, 2018, 35(8):152-159.
[42] Xue W, Bai W, Yang S, et al. ADRC with adaptive extended state observer and its application to air-fuel ratio control in gasoline engines[J]. IEEE Transactions on Industrial Electronics, 2015, 62(9):5847-5857.
[43] Pu Z, Yuan R, Yi J, et al. A class of adaptive extended state observers for nonlinear disturbed systems[J]. IEEE Transactions on Industrial Electronics, 2015, 62(9):5858-5869.
[44] Xue W, Liu P, Chen S, et al. On extended state predictor observer based active disturbance rejection control for uncertain systems with sensor delay[C]//Proceedings of 2016 International Conference on Control, Automation and Systems (ICCAS). Piscataway, NJ:IEEE, 2017:1267-1271.
[45] Xiong S, Wang W, Liu X, et al. A novel extended state observer[J]. Isa Transactions, 2015, 58:309-317.
[46] Li S, Yang J, Wu B, et al. Finite-time disturbance observer based non-singular terminal sliding-mode control for pulse width modulation based DC-DC buck converters with mismatched load disturbances[J]. Iet Power Electronics, 2016, 9(9):1995-2002.
[47] Sun L, Li D, Gao Z, et al. Combined feedforward and model-assisted active disturbance rejection control for non-minimum phase system[J]. Isa Transactions, 2016, 64:24-33.
[48] Sanz R, Garcia P, Fridman E, et al. Rejection of mismatched disturbances for systems with input delay via a predictive extended state observer[J]. International Journal of Robust and Nonlinear Control, 2018, 28(6):2457-2467.
[49] Pawar S N, Chile R H, Patre B M. Modified reduced order observer based linear active disturbance rejection control for TITO systems[J]. Isa Transactions, 2017, 71:480-494.
[50] 孙佃升, 章跃进. 线性扩张状态观测器的改进及观测精度分析[J]. 国防科技大学学报, 2017, 39(6):111-117.
[51] Gonzalez A, Balaguer V, Garcia P, et al. Gain-scheduled predictive extended state observer for time-varying delays systems with mismatched disturbances[J]. Isa Transactions, 2019, 84:206-213.
[52] Pukdeboon C. Extended state observer-based third-order sliding mode finite-time attitude tracking controller for rigid spacecraft[J]. Science China Information Sciences, 2019, 62(1):12206.
[53] Madonski R, Shao S, Zhang H, et al. General errorbased active disturbance rejection control for swift industrial implementations[J]. Control Engineering Practice, 2019, 84:218-229.
[54] Prasad S, Purwar S, Kishor N. Load frequency regulation using observer based non-linear sliding mode control[J]. International Journal of Electrical Power & Energy Systems, 2019, 104:178-193.
[55] 陈志翔, 高钦和. 线性/非线性切换扩张状态观测器[J]. 控制理论与应用, 2019, 36(6):902-908.
[56] 万慧, 齐晓慧, 李杰.基于SADRC的四旋翼姿态控制及稳定性分析[J]. 北京航空航天大学学报, 2020, 46(334):83-92.
[57] 吴忠, 赵建辉. 空间站姿态控制/动量管理系统设计与仿真[J]. 系统仿真学报, 2006, 18(1):154-157.
[58] 宋斌, 颜根廷, 李波, 等. 基于自抗扰技术的挠性航天器高精度指向控制[J]. 上海航天, 2014, 31(2):1-7.
[59] 李奇. 气动单关节机械臂自抗扰定位及跟踪控制研究[D]. 秦皇岛:燕山大学, 2017.
[60] 王素珍, 刘庆龙, 孙国法. 基于扩张状态观测器的换热器动态面控制[J]. 化工学报, 2018, 69(12):5139-5145.
[61] 陈志翔, 高钦和, 谭立龙. 基于非线性扩张状态观测器的直线电机PD控制[J]. 国防科技大学学报, 2018(6):151-156.
[62] Ramírez-Neria M, Sira-Ramírez H, Garrido-Moctezuma R, et al. Active disturbance rejection control of the inertia wheel pendulum through a tangent linearization approach[J]. International Journal of Control, Automation and Systems, 2019, 17(1):18-28.
[63] 刘俊杰, 陈增强, 孙明玮, 等. 自抗扰控制在推力矢量飞机大迎角机动中的应用[J]. 工程科学学报, 2019(9):1187-1193.
[64] 杨淑英, 王玉柱, 符焕, 等. 基于扩张状态观测器的PMSM电流解耦控制[J/OL]. 电机与控制学报, 2020. http://kns.cnki.net/kcms/detail/23.1408.TM.20200117.14-16.008.html.
[65] 王献策, 陈雄, 葛中杰, 等. 基于扩张状态观测器的燃气舵舵机位置控制[J/OL]. 推进技术, 2010, 41(10):2341-2347.
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