【行业动态】中国航天发动机控制：多变量控制技术获重大突破

导读：科技日报北京4月15日电（通讯员齐渡谦 记者付毅飞）记者15日从中国航天科工集团三院31所获悉，该所近日在H∞鲁棒多变量控制方面取得重大突破，将在本月进行正式地面试验验证。如果取得成功，意味着中国H∞鲁棒多变量控制将首次成功应用于航天发动机。

长征5号使用的YF-100型航天发动机发动机多变量控制是指针对多输入、多输出的耦合系统，利用其耦合关系来获得多种参数跟踪的最优控制。“简单来说，就是让发动机更智能，拥有‘自主思维意识’，可以在运行过程中通过压力、转速等之间的耦合关系调整自身，达到最佳飞行效果。”31所控制专业负责人说。

与发动机单变量控制相比，多变量控制智能程度更高，随之复杂度也成倍增加。“就像玩魔方一样，每转动一下，就如同改变了一个变量，随之造成其他面跟着变化，可谓是牵一发、动全身。”该负责人说，“其关键之一就是理清变化的规律。”

同时该负责人介绍，多变量控制的另一个关键在于“鲁棒”性。“鲁棒”是英文单词“robust”（强健）的音译，意指控制参数在一定范围变化时，系统保持稳定的能力。

H∞控制理论是鲁棒控制理论之一，出现于上世纪80年代。然而这种多变量控制被称作自控专业禁区，即使是一些发动机强国，也仅是在部分项目上进行过尝试。“多变量控制是让发动机拥有自己的灵魂，来实现其自身性能的最大发挥,可有效提升一款发动机产品的马赫数、飞行高度等工作范围,具有重大现实意义。

随着科技的发展，多变量控制已经成为国际控制工程研究的主流，理论水平的提高和研究手段的创新，成为其工程化应用的强心剂。”该负责人介绍，31所从2011年起开展了H∞鲁棒多变量控制在航天发动机领域的理论验证。通过三年多的努力，研究团队在原理论的基础上，建立了更为精细的发动机模型与更为完善的控制规律，重新在数学层面上深入剖析了H∞鲁棒多变量控制理论，找到其与航天发动机动力控制的完美切合点，并有望很快实现工程化应用。

“多年来我们大多在做研仿式创新，而这次H∞鲁棒多变量控制的工程化应用则是一次原始性创新。”该负责人说，“相信在不久的将来，我们的航天发动机就能拥有真正的‘中国魂’。”

据NASA研究报告，在航空发动机领域，虽然在过去的二十年中，已经看到了多变量控制理论已经被应用到了许多复杂的航空发动机系统中，并进行了大量软硬件仿真验证，但是至今仍没有一个定型生产。

来源：科技日报

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