本发明涉及航空发动机，具体涉及一种航空活塞增压发动机飞行速度控制的扰动发散抑制方法。
背景技术：
1、飞行速度是十分重要的飞机运动参数，其大小决定了飞行器的运动状态，决定着飞行器航时、升限等重要指标，影响着飞行器的经济指标。同时，飞行速度的保持与控制跟高度的稳定与控制之间存在着耦合关系，是航迹控制的必要前提。为降低对飞行操作手的要求和依赖，大部分飞行器都采用飞行速度控制系统。节风门自动控制系统是巡航飞行使用最多的速度控制方式，其主要根据速度偏差改变节风门大小，调节进入发动机燃烧缸的混合气总量，进而决定发动机的输出功率和转速，来改变发动机推力以控制飞行速度。速度-节风门自动控制系统框图如图1所示：
2、飞行速度作为自动控制器的给定、飞行速度观测量作为反馈，误差量信息驱动控制器产生节风门控制量，驱动节风门控制发动机转速，改变推力大小实现飞行速度闭环控制。纵向高度、俯仰角控制上与速度存在一定交联，由对应自驾仪完成控制，此处不加赘述。关系如下：
3、e＝vg-v；
4、δt＝f(e)；
5、δe＝g(h,θ)；
6、其中，vg为速度给定，v为速度，e为速度误差，δt为节气门给定，δe为升降舵给定，h为高度，θ为俯仰角。
7、活塞式航空发动机是中低空、长航时无人机的主流动力装置，螺旋桨是主要的推进装置。二冲程航空活塞发动机具有功重比高、结构简单、成本低、维护方便等特点，在中小型无人机动力领域占据了重要地位。随着海拔高度的增加，大气压力、空气密度和含氧量均会降低，自然吸气二冲程航空活塞发动机输出功率和转矩会大幅下降、油耗上升，发动机性能迅速恶化，无法满足飞行器动力需求，限制了飞行器的实用升限范围。
8、增压技术是强化及恢复发动机功率的一个十分重要且有效的技术手段，可用于二冲程发动机的高空功率恢复。废气涡轮增压技术利用涡轮增压实现发动机高空功率恢复，利用缸内直喷、废气旁通阀控制、排气调谐等手段，使用发动机自身排气能量提高进气压力，增加每个循环的进气量，来改善发动机性能。但是，二冲程航空发动机增压匹配在工程实现上不够成熟，影响着飞行速度控制。
9、发动机排气可用功率和涡轮需用功率随发动机转速升高在一定阶段呈指数增长，因此转速和增压呈现正向增强关系。因此，在转速快速增长的某个(些)阶段，涡轮增压会从不工作状态直接转入增压状态，发动机功率和转速跃升变化；相反，涡轮增压也会在转速降低的某个(些)阶段由工作状态直接转入不工作状态，功率和转速跃降变化(如图2所示)。
10、飞行器在空中飞行过程中，受航迹变化、大气紊流、突风、风切变等因素影响，螺旋桨上的气流方向、速度剧烈变化会造成螺旋桨转速的波动。当转速波动在发动机增压转速跃变点附近时，增压器的工作状态会受到剧烈影响。
11、当螺旋桨空气来流突然增加(如逆飞行器前进方向突风)时，螺旋桨阻力减小、转速增加，涡轮增压器从非工作状态进入工作状态，发动机转速、功率、扭矩跃变增加，致使发动机推力增加。推力的增加使飞行器的速度进一步增加，加剧螺旋桨来流增加和转速增加，形成正反馈回路。
12、相反地，当螺旋桨空气来流突然减小(如顺飞行器前进方向突风)时，螺旋桨阻力增加、转速降低，原本在工作状态的增压器会退出工作状态，使发动机转速、功率、扭矩跃变降低，致使发动机推力减小。推力的减小加剧发动机转速降低，形成正反馈回路。
13、两种情况下的正反馈回路急剧改变了飞行器的飞行速度，而巡航飞行中的自驾仪通常按照给定高度航迹飞行，高度的控制往往会加剧恶化飞行速度变化，使飞行器脱离原工作状态。尤其是速度剧烈降低时，常规控制会使飞行器进入失速状态，危机飞行安全。
14、综上所述，有必要对现有技术做进一步创新。
技术实现思路
1、针对上述背景技术中存在的技术问题，本发明提出了一种航空活塞增压发动机飞行速度控制的扰动发散抑制方法，其构思合理，能保证此类飞行器飞行安全，具有识别发动机转速跃变、在速度控制发散前前馈补偿保证飞行速度安全的重要优点。
2、为解决上述技术问题，本发明提供的一种航空活塞增压发动机飞行速度控制的扰动发散抑制方法，其包括以下步骤：
3、步骤1、设计速度与节风门控制律；具体过程为：
4、根据飞行器巡航工作点，忽略发动机跃升工作点影响，设计速度与节风门控制律：
5、
6、δttrim＝a(vg)；
7、其中，δt为节风门给定，e(t)为速度误差，kp为比例控制系数，ki为积分系数，kd为微分系数；δttrim为速度给定vg对应的节风门配平给定，a为配平对应关系符号；
8、步骤2、设计转速时间序列跟踪微分；具体过程为：
9、设计时间序列跟踪微分器，根据发动机通信频率设置序列个数w，根据地面试验获得转速跃变阈值δ，设定跃变判断次数k，每个通信周期进行计算判断和序列更新：
10、
11、其中，n为转速；i＝1～w/2；
12、当时间序列跟踪微分各微分量绝对值|δ(i)|>δth的个数超过k时，跟踪微分器捕获到跃变信号；
13、步骤3、设计节气门微分死区器；
14、步骤4、设计时间序列跟踪微分器控制量；
15、步骤5、时间序列跟踪微分器控制量与控制律结合；
16、步骤6、转速无扰动下速度自动控制；
17、步骤7、转速跃升扰动下速度发散抑制；
18、步骤8、转速跃降扰动下速度发散抑制。
19、所述航空活塞增压发动机飞行速度控制的扰动发散抑制方法，其中：所述步骤3具体是对节气门给定的微分增加死区处理：若dδt/dt连续多拍大于或小于设计阈值，则节气门微分死区器输出1，否则输出0。
20、所述航空活塞增压发动机飞行速度控制的扰动发散抑制方法，其中，所述步骤4具体过程为：对满足|δ(i)|>δth的δ(i)计算以平均值adv(δ)，若adv(δ)>δmax则时间序列跟踪微分限幅输出δmax，否则输出adv(δ)；与所述步骤3的结果相乘后，乘负增益控制参数-kn输出，快速调整节风门给定，决定发动机进气量，影响排气可用功率，抑制增压器跃变、回归原状态，在飞行器加速度累积前提前控制。
21、所述航空活塞增压发动机飞行速度控制的扰动发散抑制方法，其中：所述步骤5具体是将所述步骤1的速度-节风门控制律计算输出、配平给定和时间序列跟踪微分器控制量加和，形成节气门控制量输出至发动机，实现无扰动、转速跃升、转速跃降工况下的飞行速度控制。
22、所述航空活塞增压发动机飞行速度控制的扰动发散抑制方法，其中，所述步骤6具体过程为：当大气条件比较稳定时，发动机转速无外部扰动，转速平稳，速度误差被所述步骤1的速度-节风门控制律消除，野值被上述步骤2中的时间序列跟踪微分器识别剔除，通过所述步骤1的速度-节风门控制律实现无静差速度自动控制。
23、所述航空活塞增压发动机飞行速度控制的扰动发散抑制方法，其中，所述步骤7的具体过程为：当大气条件较差，有扰动因素存在时，空气来流突然增加造成螺旋桨转速升高，若增压器未跃变，速度增加、误差绝对值增加，误差被所述步骤1的速度-节风门控制律消除，实现无静差速度自动控制；若增压器跃变、转速跃升，速度增加、误差绝对值增加，转速跃升被所述步骤2中的时间序列跟踪微分器识别，前馈控制量由所述步骤2～4中的转速时间序列跟踪微分、节气门微分死区器和时间序列跟踪微分器计算，叠加所述步骤1的速度-节风门控制律，完成速度发散抑制。
24、所述航空活塞增压发动机飞行速度控制的扰动发散抑制方法，其中，所述步骤8的具体过程为：当空气来流突然减小造成螺旋桨转速降低，若增压器未跃变，速度增加、误差绝对值增加，误差被所述步骤1的速度-节风门控制律消除，实现无静差速度自动控制；若增压器跃变、转速跃降，速度减小、误差绝对值增加，转速跃降被所述步骤2中的时间序列跟踪微分器识别，前馈控制量由所述步骤2～4中的转速时间序列跟踪微分、节气门微分死区器和时间序列跟踪微分器计算，叠加所述步骤1的速度-节风门控制律，完成速度发散抑制。
25、采用上述技术方案，本发明具有如下有益效果：
26、常规空速闭环模式系数过大，造成航空增压活塞发动机寿命降低，转速跃升点处可能造成自激振荡发散；系数过小难以抑制转速跃升造成的空速正反馈。本发明的转速时间序列跟踪微分能够识别发动机转速跃升；通过时间序列跟踪微分器控制量与控制律结合，前馈补偿跃升带来的空速不利因素，实现无扰动、跃升扰动、跃降扰动场景下的转速自动控制，提升飞行器平台稳定性，解决跃升特性造成空速闭环控制发散难题。