基于模糊PID沖壓發動機推力控制系統研究

摘 要：作為航空飛行器的動力裝置，沖壓發動機以其高推比性能日益應用廣泛，其控制系統的好壞直接影響著其工作性能。推力控制系統是沖壓發動機控制系統的重要組成部分，良好的推力控制器使其在復雜環境和比較寬的馬赫數下獲得很好的魯棒性。本文利用MATALB仿真軟件的Simulink工具箱建立推力控制系統的仿真模型，采用模糊PID控制方法對沖壓發動機推力回路進行控制，通過調節參數，設計出高性能的控制器。其后對設計出的模糊PID控制器進行動穩態性能、魯棒性、抗干擾性以及跟蹤性的測試，并將其控制結果與設計的傳統PI控制以及魯棒控制的結果進行對比分析。仿真結果表明，設計的模糊PID控制器在動穩態性能、魯棒性、抗干擾性以及跟蹤性能方面，都可以達到很好的性能。

關 鍵 字：沖壓發動機；推力控制系統；模糊PID；MATLAB；魯棒性

中圖分類號：TP27 文獻標識碼：A

1 引 言

隨著航空飛行器的不斷發展，其性能要求越來越高，而工作環境越來越復雜，必須設計良好的控制系統滿足復雜環境下不斷提高的工作性能需求。

國內外對沖壓發動機的推力控制均有研究，文獻[1]對超燃沖壓發動機的推進系統部分進行控制系統研究，文獻[2-3]應用魯棒控制器對推力控制回路部分進行控制，其研究結果都能達到了給定的魯棒性性能要求。但沖壓發動機參數變化范圍較大，只能提高有限的性能 [4]，如果系統要求更高的性能，就必須研究更好的控制策略。傳統PID控制器[5]的控制算法及結構比較簡單，可以滿足基本的性能要求[3]，但達不到很好的性能，而采用智能型PID自整定控制器[6]，將傳統PID控制和智能控制相結合，可以滿足更高的性能。

本文利用模糊PID控制算法[7-9]對推力回路進行控制，并進行各方面性能的測試，其仿真結果表明，根據模糊PID控制設計的推力控制器可以使系統的動態性能得到進一步改善。

2 被控對象數學模型

6 結語

本文通過簡化的數學模型，在SIMULINK軟件上對沖壓發動機推力控制部分設計了模糊PID控制器， 并做出了各種測試信號的響應曲線，與文獻[3]中設計的魯棒控制器及傳統的PI控制器的響應曲線做了比較。從結果可以看出，所設計的模糊PID控制器可以很好的保證推力變化的快速性、穩定性、抗干擾性以及不受系統的不確定性的影響，保證系統各種性能優于文獻[3]的魯棒控制器以及傳統PI控制器。在將來的研究中，希望根據仿真的基礎進行半實物仿真，并考慮更多的不穩定因素對被控對象的影響，使系統在復雜的環境中表現更高的性能。模糊PID控制方法可以運用于性能要求比較高的控制系統，如航空飛行器的控制系統，使其在復雜的工作條件下實現系統的快速性以及穩定性，具有很好的現實意義和應用前景。

參考文獻（References）：

[1] W Curran， P Stiglic. Hypersonic Research Engine Integated Propulsion Control [J]. Journal of Aircraft.1971，8（8）： 652-656.

[2] 楊朗. 沖壓發動機推力控制系統研究[D]. 哈爾濱：哈爾濱工業大學碩士論文，2006.

[3] 高聳. 超燃沖壓發動機推力控制系統設計[D]. 哈爾濱：哈爾濱工業大學碩士論文，2010.

[4] M Heller， G Sachs. Flight dynamics and robust control of a hypersonic test vehicle with ramjet propulsion [C]. AIAA Meeting paper 1998-1521，1998.

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[6] K J Astrom， C C Hang， P Persson， W K Ho. Towards intelligent PID control [J].Automatica，1992，28（1）：1-9

[7] H Ying.An analytical study on structure， stability and design of general nonlinear Takagi-Sugeno fuzzy control systems [J]. Automatica，1998，34（12）：1617-1623.

[8] 聞新. MATLAB模糊邏輯工具箱的分析與應用

[9] 耿瑞. 基于MATLAB的自適應模糊PID控制系統計算機仿真[J]. 信息技術. 2007（01） ：43-46.