航空多电发动机电力系统滑模预测控制研究

The more electric engines take the place of the secondary energy of the traditional aircraft engines, and they are the direction of the future aircraft engines. The purpose of this project is to study a new power system of more electric engine for 270V high-voltage direct current （HVDC）power supply system, and propose a novel nonlinear predictive control method based on sliding mode theory. .The new power system not only takes into account the current situation of the electric equipment, but also uses the advantage of the HVDC power supply system adequately. .The novel sliding mode predictive control method, not only ensure the system faces constraints and optimization requirements, but also processes good steady and dynamic performances, strong robustness and high real-time ability. During the design of controller, the robust stability guarantee conditions are taken to into consideration, therefore, the difficulty of the theoretical analysis about robustness is reduced greatly, and the real-time ability is improved..In the proposed sliding mode predictive control method, the integrated nonlinear cascade modeling of engine /generator /rectifier, the constructing of discrete time hybrid prediction model, the refining of gray wolf optimization algorithm, and the designing of sliding mode disturbance compensation observer are included. .The project is verified by digital simulation, controller hardware in loop simulation and physical experiment. .This project has direct guidance for the control and analysis of the more electric engine power system. Besides, because of its high real-time and strong robustness, this project can serve as reference for the control of other complex fast dynamic systems.

航空多电发动机利用电能代替传统发动机上的二次能源，是未来航空发动机的发展方向。本项目研究一种面向270V高压直流供电体制的航空多电发动机新型电力系统，并为之提出新颖的滑模预测控制方法。所提新型电力系统，既考虑到用电设备现状，又能够充分利用高压直流供电体制优点。新颖滑模预测控制方法，旨在保证系统面临约束条件限制和性能优化需求时，仍然具有优良稳态和动态性能、强鲁棒性以及高实时性；通过在设计控制器的过程中融入鲁棒稳定性保证条件，不仅极大降低鲁棒性理论分析难度，也有利于提高控制实时性；涵盖发动机/发电机/整流器一体化非线性级联建模方法、离散时间混杂预测模型建立方法、灰狼优化改进算法、滑模干扰补偿器设计方法等。项目借助数字仿真、控制器实物在回路仿真和全实物实验开展验证工作。本项目对航空多电发动机电力系统控制及分析具有直接指导作用，因其实时性高、鲁棒性强的显著特点可为其他复杂快动态对象的控制提供借鉴。

航空多电发动机利用电能代替传统发动机上的二次能源，是未来航空发动机的发展方向。.本项目设计了一种面向270V高压直流供电体制的航空多电发动机新型电力系统，并为之提出新颖的滑模预测控制方法。所提新型电力系统，既考虑到用电设备现状，又能够充分利用高压直流供电体制优点。新颖滑模预测控制方法，旨在保证系统面临约束条件限制和性能优化需求时，仍然具有优良稳态和动态性能、强鲁棒性以及高实时性；通过在设计控制器的过程中融入鲁棒稳定性保证条件，不仅极大降低鲁棒性理论分析难度，也有利于提高控制实时性；涵盖发动机/发电机/变换器/用电负载联合建模方法、新型融合灰狼优化算法、终端滑模观测器、扩张状态观测器、组合滑模控制器、级联预测控制器、智能滑模预测控制器设计方法等。项目借助全数字仿真平台、控制器硬件在回路实验平台、半物理仿真实验平台和微型燃气涡轮发电机试验台开展验证工作。.本项目主要研究包括：.1)．航空多电发动机新型电力系统设计.2)．面向控制的发动机/发电机/变换器/用电负载联合建模.3)．航空多电发动机电力系统滑模预测控制研究.4)．航空多电发动机电力系统稳定性分析.5)．航空多电发动机电力系统控制仿真和实验验证研究.本项目的主要创新点有：.1)．设计了一种航空多电发动机新型交直流混合电力系统.2)．提出了一种基于终端滑模等式约束的航空发动机非线性预测控制方法.3)．提出基于扩展状态观测器的串级自抗扰滑模控制器设计方法.4)．提出一种基于混合自动机理论的起动/发电机切换策略.5)．提出一种多电发动机AC/DC变换器多目标优化设计方法.6)．提出基于二次型积分滑模面和混合幂次指数趋近律的组合滑模控制方法.7)．提出一种基于改进帝国竞争算法的孤岛模式微型燃气轮机发电系统控制方法.本项目对航空多电发动机电力系统控制及分析具有直接指导作用，因其实时性高、鲁棒性强的显著特点可为其他复杂快动态对象的控制提供借鉴。项目部分成果已在企业初步应用，有望产生长足的应用价值。