考虑切换特性的航空发动机多回路控制系统设计

针对航空发动机多回路控制系统切换, 分析了多回路控制系统切换的性能指标要求, 基于极点配置与H鲁棒控制综合的方法, 构造了线性矩阵不等式(LMIs), 以此为充分条件给出了多回路切换时的H∞控制器设计方法, 并与单回路系统设计切换进行比较仿真, 进一步表明了航空发动机切换控制的必要性与有效性.      

基于人工免疫网络模型的航空发动机传感器故障诊断

提出了一种用于传感器故障诊断的免疫网络,对其结构和特点进行了分析,给出了相应的诊断算法。对传感器典型故障进行了故障诊断仿真,分析了免疫网络能检测出的最小故障偏差水平以及在不同噪声水平下的故障诊断效果。仿真结果表明,所研究的方法能有效检测到故障传感器,并具有良好的灵敏性及抗噪声干扰能力。     

航空发动机性能恢复控制方法

针对航空发动机部件蜕化导致性能变差问题,设计了航空发动机性能恢复控制系统,系统根据发动机的工作状态以及健康状态在常规转速控制模式、稳态性能恢复控制模式和加速性能恢复控制模式之间切换.稳态性能恢复控制模式在常规转速控制模式的基础上设计了一个外环控制回路,通过自适应修正稳定状态下压气机转速指令达到蜕化发动机性能恢复的目的;加速性能恢复控制模式通过综合常规转速控制方法和喘振裕度控制方法,在保证发动机气动稳定的同时,充分挖掘发动机潜力,从而达到恢复蜕化发动机加速性能的目的.通过不同状态不同部件蜕化下的仿真结果表明恢复蜕化发动机性能的有效性.      

Non-fragile switched control for morphing aircraft with asynchronous switching

This paper deals with the problem of non-fragile linear parameter-varying (LPV) H∞ control for morphing aircraft with asynchronous switching.The switched LPV model of morphing aircraft is established by Jacobian linearization approach according to the nonlinear model.The data missing is taken into account in the link from sensors to controllers and the link from controllers to actuators,which satisfies Bernoulli distribution.The non-fragile switched LPV controllers are con structed with consideration of the uncertainties of controllers and asynchronous switching phenomenon.The parameter-dependent Lyapunov functional method and mode-dependent average dwell time (MDADT) method are combined to guarantee the stability and prescribed performance of the system.The sufficient conditions on the solvability of the problem are derived in the form of linear matrix inequalities (LMI).In order to achieve higher efficiency of the designing process,an algo rithm is applied to divide the whole set into subsets automatically.Simulation results are provided to verify the effectiveness and superiority of the method in the paper.     

航空发动机进口温度畸变参数和防喘控制系统设计

主要研究了航空发动机防喘控制系统的设计和研制，特别是研究了当战斗机发射导弹时温度畸变对发动机的影响。引入的温度畸变参数包括：进口相对平均温升δT；进口温升率dT／dt；当量热区角Φe；连续温度畸变时间tB。通过试验和数据分析的方法得出发动机防喘控制系统的设计准则，发动机防喘控制系统的研制和飞行试验证明了该设计准则的正确性。     

Adaptive sliding mode control for limit protection of aircraft engines

In practice, some sensors of aircraft engines naturally fail to obtain an acceptable measurement for control propose, which will severely degrade the system performance and even deactivate the limit protection function. This paper proposes an adaptive strategy for the limit protection task under unreliable measurement. With the help of a nominal system, an online estimator with gradient adaption law and low-pass filter is devised to evaluate output uncertainty. Based on the estimation result, a sliding mode controller is designed by defining a sliding surface and deriving a control law. Using Lyapunov theorem, the stability of the online estimator and the closed-loop system is detailedly proven. Simulations based on a reliable turbofan model are presented, which verify the stability and effectiveness of the proposed method. Simulation results show that the online estimator can operate against the measurement noise, and the sliding controller can keep relevant outputs within their limits despite slow-response sensors.     

基于滑模控制的航空发动机多变量约束管理

针对航空发动机传统单变量线性控制器min-max切换方法处理约束的不足,提出了单变量滑模控制器替换所有线性控制器的改进策略,并将该方法拓展为新切换逻辑下的多变量滑模控制结构。基于改进的单变量滑模控制器min-max结构,多变量控制策略中加入了多变量滑模主控制器和新的切换逻辑,充分利用发动机的所有控制量,克服了传统方法的保守性,进一步提高发动机约束下的动态性能。对稳态时工作的控制器进行了理论分析,建立了多变量控制器实现精确跟踪的充要条件。仿真结果表明,多变量控制方法在更苛刻的约束条件下能够实现跟踪任务,而且提高了推力跟踪的快速性,调节时间从1.91 s缩短到1.54 s,同时降低了稳态时的油耗。     

基于Homotopy算法发动机固定阶鲁棒控制

针对某型涡扇发动机，分析了H∞，H∞／H2和u控制存在的不足，提出了一种基于Homotopy算法发动机固定阶控制设计方法。采用规范形式控制器结构进行固定阶H∞／H2控制器设计，推导出了固定阶H∞／H2控制器存在的必要条件，使用Homotopy算法获得最优固定阶H∞／H2控制器的解。提出了将固定阶H∞／H2控制器与混合u综合相结合获得固定阶混合u控制器的策略。与全阶混合u控制器不同，固定阶混合u控制器具有结构简单，易于实现，而其鲁棒性能和鲁棒稳定性与全阶u控制器相近。使用该方法对某型涡扇发动机控制系统进行固定阶混合u控制器设计，仿真验证表明，该控制系统其性能鲁棒性满足要求。     

航空发动机点火组件故障诊断系统设计

航空发动机点火组件是发动机的核心部分,该组件设计的合理性及其工作的可靠性直接关系到发动机的工作状况,进行航空发动极点火组件故障诊断研究,对保障飞机点火组件的正常运行、提高飞机的安全性和持续适航性具有十分重要的意义.以航空发动机点火组件为研究对象,以航空发动机点火组件不同类型故障下产生的二次电压波形为基础,建立相应的故障特征库,设计基于图形匹配的航空发动机点火组件故障诊断系统.该系统能够采集点火电压波形及相应特征参数,将待检测波形与故障特征库中典型波形进行对比,得出相应故障类型.     

涡轴发动机/直升机综合控制仿真平台设计

建立了UH-60直升机/T700涡轴发动机综合控制数字仿真平台。基于VC++环境开发了包含UH-60直升机/T700涡轴发动机综合实时模型的上位机程序,与运行机载涡轴发动机+旋翼实时模型及在线优化控制模式的下位机程序。两者基于TCP/IP协议实时通讯,可进行模拟实际直/发综合优化控制的数字仿真实验。在该数字仿真环境下,分别给出了提高直升机常规飞行性能的多种优化控制模式仿真、变旋翼转速优化控制以及快速功率跟随控制模式仿真,充分表明该平台可为新一代直/发综合系统的开发研制提供一个可靠的前期数字仿真验证。     

基于GasTurb/MATLAB的航空发动机部件级模型研究

基于航空发动机总体性能分析软件GasTurb及其源代码,利用动态链接库技术实现在控制系统开发平台MATLAB下直接调用GasTurb部件级动态模型,并在Simulink下建立了包含涡喷、涡扇、涡轴、涡桨在内的22种发动机类型的部件级模型库,实现了两者之间的无缝衔接.应用实例与仿真结果验证了所建模型的有效性与高度可定制性.消除了从总体性能分析阶段过渡到控制系统开发阶段存在的交互障碍,为发动机控制和故障诊断研究提供了一种灵活的仿真平台.      

涡喷发动机可靠性增长试验方案的设计

根据对产品可靠性的最低可接收值与幂律模型的可行性增长管理公式、可行性增长管理策略，推导了涡喷发动机可靠性增长试验所需的台数公式，参照某些涡喷发动机的试验数据及上述公式，给出了某B－2型涡喷发动机的可靠性增长试验方案及其理想增长曲线。     

A novel model-based multivariable framework for aircraft gas turbine engine limit protection control

Control technologies are innovated to satisfy increasingly complicated control demands of gas turbine engines. In terms of limit protection control, a novel model-based multivariable limit protection control method, which is achieved by adaptive command reconstruction and multiple-control loop selection and switch logic, is proposed in this paper to address the problem of balancing smaller thrust loss and safe operations by comparing with widely-used Min-Max logic. Five different combination modes of control loops, which represent the online control loop of last time instant and that of current time instant, is analyzed. Different command reconstructions are designed for these modes, which is based on static gain conversion of amplitude beyond limits by using an onboard model. The double-prediction based control loop selection and switch logic is developed to choose a control loop appropriately by comparing converted amplitude beyond limits regardless of one or more parameters tending to exceed limits. The proposed method is implemented in a twin-spool turbofan engine to achieve limit protection with direct thrust control, and the loss of thrust is improved by about 30% in comparison with the loss of thrust caused by Min-Max logic when limit protection control is activated, which demonstrates the effectiveness of the proposed method.     

涡扇发动机分路式多变量PI解耦控制

根据基于模型的智能数字发动机控制的特点,针对某型涡扇发动机,以直接推力控制模式为例,研究了涡扇发动机分路式多变量PI解耦控制.并采用了零点配置技术保证解耦控制器的稳定性,通过稳态解耦矩阵对涡扇发动机进行解耦达到分路控制的目的.利用SISO系统PI控制器设计方法确定每个环路的最优PI控制器.仿真结果表明,该算法具有较好的动态和静态解耦性能.      

带执行机构的航空发动机控制系统设计仿真

为探讨执行机构对航空发动机控制系统设计的影响，采用多变量H∞控制器设计方法进行了某型航空发动机中间状态控制系统的设计，利用数字仿真平台进行了有无执行机构时控制系统的对比仿真。结果表明，执行机构的加入能帮助控制器对控制量能量进行约束，同时，在控制量增大的方向上，控制系统具有很大的鲁棒稳定和鲁棒性能范围。     

基于PXI的液体姿轨控火箭发动机试验测控系统设计与实现

针对液体姿轨控火箭发动机地面试验高精度、高风险和灵活多变的特点,设计研发了一套以PXI （PCI extensions for instrumentation）控制器为主体的发动机试验测控系统.控制系统拥有40路开关量控制能力,综合运用手动、时序和自动控制方式.测量系统拥有120路信号同步采集能力,具备故障诊断功能.测控系统软件使用LabVIEW开发,通用性良好.为增强控制可靠性,设计了面向工艺流程的试验面板,应用嵌入式控制,进行信号多级监测并引入紧急自动关机控制.为提高测量精度,对测量参数进行原位标定,提出了一种改进的干扰消除电路.该系统已多次成功应用于液体姿轨控火箭发动机地面试验,采用的设计方法有效地提高了测控系统的可靠性,测量精度和控制精度分别达到0.5%和0.1ms,能够充分满足多种类型的液体姿轨控火箭发动机对试验测控系统的要求.     

简单控制规律下涡喷发动机特性的研究

研究了用于无人飞行器上使用的小推力级涡喷发动机在简单控制规律下的多种重要特性。通过计算横模拟方法，重点研究某型发动机的设计点性能装订方法、不同进口温度条件下发动机的稳定工作裕度以及发动机能够适应的飞行包线，并揭示了发动机的一些潜在的缺点。计算结果在发动机设计、生产和使用过程中有重要的指导意义。     

Design and optimization of a novel electrically controlled high pressure fuel injection system for heavy fuel aircraft piston engine

The heavy fuel compression ignition engines are widely equipped as aircraft piston engines. The fuel injection system is one of the key technologies that determines the performance of engine. One of the main challenges is to precisely control the injected fuel quantity and flow rate in the presence of pressure fluctuation. This challenge is even more serious for heavy fuel. An original design for electrically controlled high pressure fuel injection system called Multi-Pumppressure-reservoirs fuel injection System(MPS) was demonstrated to reduce the pressure fluctuation and help keep injection stable. MPS was compared with an ordinary high pressure Common Rail fuel injection System(CRS). This work established one-dimensional AMESim and mathematical models for both CRS and MPS to study the effect of different structures and geometric parameters on the pressure fluctuations. The calculations show that the average fuel pressure fluctuation of MPS can be reduced by 57% for the crankshaft speed of 1900 r/min, and the pressure fluctuation before injection reduced by 100%. It is concluded that the pressure performance of MPS is less sensitive to pressure reservoir volume than that of CRS, and there is an opportunity for further volume reduction.     

涡扇发动机进口畸变条件下的优化控制规律

提出了一种满足涡扇发动机不同进口畸变要求的控制规律.在涡扇发动机低进口畸变条件下通过提高增压比来提高性能,在高进口畸变条件下降低增压比并辅助导叶角调节以提高发动机裕度.根据不同的进口畸变条件下的裕度要求,提出了带边界缓冲区的差分进化算法(DEBZ),在包线内优化获取发动机增压比及导叶角控制规律.结合模型、控制器和控制规律完成涡扇发动机全包线仿真.仿真结果表明:采用该控制规律在畸变指数为2的条件下,涡扇发动机推力性能能够提高8%以上,而在畸变指数为8的条件下,涡扇发动机的可用裕度可以满足稳定要求,同时推力性能能够提高1%以上.      

航空发动机高压旋转涡轮盘腔流动与换热

在同模型实验参数范围内，且数值解和实验解基本吻合的前提下，对发动机原型参数进行数值模拟，求解了旋转系下流体流动与换热微分方程组，通过对气体域和固体域进行共扼计算，并将动量方程与能量方程福合求解。结果表明利用低参数下实验数据支持的数值计算程序对真实参数的模拟是合理的，对于复杂的非线性现象，数值外推法比传统实验外推更加准确。