基于耗散性理论的反馈切换控制及其在航空发动机控制中的应用

This project studies the dissipativity theory based switching control and its applications to the control design of aircraft engines. The focus includes: Establish and refine the framework of dissipativity theory for switched systems based on multiple storage functions and multiple supply rates; Explore the laws of energy changing and exchange for subsystems when switching takes place; Study approaches of analysis and design using the dissipativity theory with emphasis on dual design of controllers and switching laws; Investigate the impact of the switching mechanism on dynamical behavior of systems; Look for the forms and design methods of switching signals which improve dynamical behavior from the view point of energy supply in presence of constraints; Build and analyze the switching control models of aircraft engines; Conduct switching control design for aircraft engines using switched systems theory and approaches, and analyze motion properties and complete related experiments and verification. ..The results of the project studies will help discover the interaction between continuous dynamics and discrete switching signals and understand the effect on dynamical properties of the systems. The results will also provide effective methods of analysis and design for the study of switched systems, and develop and refine the existing switched system theories. Furthermore, the results will be applied to control design of practical systems including aircraft engines with feasible strategies presented.

本项目研究基于耗散性理论的切换控制方法及其在航空发动机控制设计中的应用。研究内容包括：建立和完善基于多存储函数和多供给率的切换系统耗散性理论框架；探求切换发生时各子系统能量变化和交换规律；研究基于耗散性理论的切换系统的各种分析与设计方法，重点是控制器和切换信号的双重设计；探讨切换机制对于系统的动态性能的影响规律；寻求在满足各种约束条件下来改善动态性能的基于能量供给的切换控制信号的形式和设计方法；建立和分析航空发动机的切换控制模型，利用切换系统理论和方法，对于航空发动机进行切换控制设计，并分析相应的运动特性，完成相应的试验验证。.项目的研究成果将为揭示连续动态和离散切换信号的相互作用机理以及对系统整体性能的影响提供重要的依据，为切换系统的研究提供有效的分析和设计方法，发展和完善切换系统理论。同时，研究成果还要应用到飞机发动机等实际系统的控制设计中，为解决实际系统的控制问题提供可行的方案。

本项目研究基于耗散性理论的切换控制方法及其在航空发动机控制设计中的应用。主要研究内容包括：建立和完善基于多存储函数和多供给率的切换系统耗散性理论框架；探求切换发生时各子系统能量变化和交换规律；研究基于耗散性理论的切换系统的各种分析与设计方法，重点是控制器和切换信号的双重设计策略；探讨切换机制对于系统的动态性能的影响规律；寻求在满足各种约束条件下来改善动态性能的基于能量供给的切换控制信号的形式和设计方法；建立和分析航空发动机的切换控制模型，利用切换系统理论和方法，对于航空发动机进行切换控制设计，并分析相应的运动特性，完成相应的验证。 ..项目的研究完成了预定的目标，取得了一系列成果，包括发表SCI论文90多篇，其中包括在IEEE Transactions 期刊和IFAC会刊上发表的论文16篇，有8篇论文为长文。经过项目的研究，获得了多模态之间能量演化规律和切换系统的耗散性描述与若干属性。研究成果为切换系统的各种控制问题提供了可解性条件和解决方案，为揭示连续动态和离散切换信号的相互作用机理以及对系统整体性能的影响提供重要的依据，为切换系统的研究提供有效的分析和设计方法，发展和完善了切换系统理论和耗散性理论。同时，研究成果还可应用到航空发动机等实际系统的控制设计中，为解决实际系统的控制问题提供可行的方案。