双变量协同的无人直升机发动机恒转速滑模控制

针对无人直升机发动机恒转速控制问题,提出了一种油门/点火提前角双变量协同调节的恒转速滑模控制策略.发动机输出扭矩控制是恒转速控制问题关键的一环,而油门开度和点火提前角作为调节发动机输出扭矩的两个变量具有不同的特点.油门调节虽然调节范围宽,但是响应较慢,易受时滞效应的影响而产生超调现象;点火提前角响应较快,但是调节范围有限.将二者的优点结合起来实现协同控制,可以进一步加强恒转速控制效果.为实现此目的,对发动机进行了数学建模,并基于该模型和滑模控制设计了协同控制策略.该策略包括点火提前角优先调节的主逻辑和点火提前角回归逻辑.最终通过仿真和试验验证了控制策略的效果.仿真结果显示:负载突变时,双变量协同滑模控制器相较于传统PID控制器,转速误差减小61%;同样基于滑模控制,双变量协同控制相较于双变量分离控制,转速误差减小21.4%;存在负载扭矩干扰或进气压力波动时,双变量协同滑模控制的转速稳定性也优于其他两种控制方式;整机系留试验中,双变量协同滑模控制的转速波动范围比双变量分离滑模控制小24%,比传统PID控制小62%.经过多次系留试验观测,使用双变量协同滑模控制,可使转速波动范围在±70 r/min以内,控制误差在2%以内,能够满足无人直升机飞行稳定性的要求.