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申请/专利权人：南京航空航天大学

摘要：本发明公开了一种航空电动燃油泵自适应滑模预见流量控制器设计方法，解决了传统控制方法响应速度慢、稳态精度低的问题。针对一类表贴式六相永磁同步电机直接驱动外啮合齿轮泵结构的航空电动燃油泵，该设计方法首先建立系统的数学模型，其次引入反馈线性化方法处理非线性数学模型，在获得的线性化模型的基础上利用预见控制方法设计流量控制器，最后采用自适应滑模控制策略消除由于建模误差和负载扰动带来的线性化误差。本发明提供的流量控制方法具有较快的响应速度、较强的鲁棒性能和优良的抑制抖振能力。

主权项：1.一种航空电动燃油泵自适应滑模预见流量控制器设计方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：建立一种基于表贴式六相永磁同步电机直接驱动外啮合齿轮泵结构的航空电动燃油泵数学模型；步骤2：基于步骤1获得的数学模型，采用反馈线性化方法对模型进行线性化处理；步骤3：基于步骤2线性化处理后的模型，采用预见控制方法设计航空电动燃油泵流量控制器，提高控制系统对燃油指令的响应速度；步骤4：在步骤2中的反馈线性化方法基础上，采用自适应滑模方法消除由于系统建模误差以及负载扰动带来的线性化误差；所述步骤1中，建立一种基于表贴式六相永磁同步电机直接驱动外啮合齿轮泵结构的航空电动燃油泵数学模型，具体的方法为首先，采用矢量空间解耦的坐标变换法，表贴式六相永磁同步电机在同步旋转坐标系下d-q子空间的电流方程为 式中，ud、uq分别是定子电压的d-q轴分量；id、iq分别是定子电流的d-q轴分量；R、L分别是定子电阻和定子电感；p是磁极对数；ωm是电机的机械角速度；ψf是永磁体磁链；不考虑负载转矩，电机的机械运动方程为 其中，J为转动惯量，B为阻尼系数；x-y子空间的电流方程为 式中，ux、uy分别是定子电压的x-y轴分量；ix、iy分别是定子电流的x-y轴分量；Lz是定子漏感；令状态量x＝[ωmidiq]T，输入量u＝[uduq]T，定义系统的输出量 得到式1表示的系统的标准仿射非线性方程 其中，所述步骤2中，基于步骤1获得的数学模型，采用反馈线性化方法对模型进行线性化处理，具体的方法为对系统的输出变量id和ωm分别求李导数，得到 则式5表示的非线性系统表示为 通过微分同胚变换 定义虚拟输入向量v，令 得到六相永磁同步电机的线性化模型 其中，式5表示的非线性系统的输入通过非线性状态反馈得到；u＝Gx-1v-Fx17经过反馈线性化处理后，式5表示的非线性系统完全解耦为电流子系统和转速子系统，因此对式16表示的线性系统设计预见控制器，进而实现对式5表示的非线性系统的非线性控；所述步骤3中，基于步骤2线性化处理后的模型，采用预见控制方法设计航空电动燃油泵流量控制器，具体的方法为假设期望输出信号yd是分段连续可微函数，并且满足 其中，为常数向量；此外，期望输出信号yd是能够预见的，即在当前时刻t，期望输出ydσ，t≤σ≤t+ld是能够得到的，其中ld为预见长度；定义误差向量et＝ymt-ydt19构造新的状态变量 那么式15表示的线性系统能够写作重新构造为 其中，I为单位矩阵；性能指标函数选择为 其中，Qe和R是正定矩阵，Qz是半正定矩阵；假设可镇定，并且可检测，并且当t0时，zt＝0，vt＝0，ydt＝0，则式15表示的线性系统的最优控制输入为 其中，ke和kz是反馈增益矩阵，定义为 是满足Riccati方程的唯一半正定解； 此外，所述步骤4中，在步骤2中的反馈线性化方法基础上，采用自适应滑模方法消除由于系统建模误差以及负载扰动带来的线性化误差，具体的方法为当式5表示的非线性系统模型存在建模误差和外界干扰时，反馈线性化的结果为 其中，ΔFx、ΔGx表示由于建模误差带来的李导数偏差，D表示由于负载扰动带来的李导数偏差；因此，将不确定式5表示的非线性系统表示为式16表示的线性系统的形式为 以理想的线性模型 作为参考系统，定义不确定线性系统的线性化误差为 电流子系统为一阶系统，转速子系统为二阶系统，则滑模函数能够设计为 求滑模函数的一阶导数，得到 其中，不考虑模型不确定性和负载扰动，令得到系统的等效控制律 切换控制律设计为ud＝-G-1x[ks+esgns+γψsgns]33式中，k＝diagk1，k20，ε＝diagε1，ε2和γ＝diagγ1，γ2是自适应律，满足 其中，kε和kγ为自适应速率；所以，系统的自适应滑模控制律为 在式35所示的自适应滑模控制律作用下，线性化误差将渐近收敛到零，因此不确定非线性系统将逐渐逼近于一个伪线性系统，稳态时自适应滑模反馈线性化控制律也将退化为了传统的精确反馈线性化模式。

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