涡扇发动机直接性能量控制综合

作     者：管庭筠 

作者单位：南京航空航天大学 

学位级别：硕士

导师姓名：李秋红

授予年度：2020年

学科分类：082502[工学-航空宇航推进理论与工程] 08[工学] 0825[工学-航空宇航科学与技术] 

主      题：涡扇发动机 推力控制 数据驱动控制 性能量估计器 限制保护控制 干扰抑制 

摘      要：传统的航空发动机的被控量一般都是传感器测量输出,如风扇转速、发动机压比等,通过这些量实现对发动机性能量的间接控制,但是当发动机出现性能退化时,推力和转速的对应关系发生变化。为了使发动机在寿命期内能够安全稳定工作,基于传感器的控制方式会因预留过大的安全裕度而牺牲发动机的性能,所以发动机性能量的直接控制就显得很有必要。本文围绕涡扇发动机直接性能量控制系统综合技术开展研究。首先,针对某X型涡扇发动机推力控制计划开展研究。本文利用已有结构相似的Y型发动机推力数据建立换算推力指令模型,再基于修正因子建立适用于X型发动机的推力控制计划。对于发动机性能量无法通过传感器测量的问题,本文基于动态神经网络建立性能量的估计器,并在不同工作点验证了精度。其次,针对涡扇发动机直接性能量控制的主回路控制器设计进行了研究。由于基于数据驱动的控制算法能够有效地避免建模误差等不确定因素,而发动机是一个具有强非线性的系统,所以本文采用基于数据驱动的自适应控制律设计发动机主回路控制器。并在不同的工作点,将所设计的控制器与增广线性二次型调节器控制器进行了对比验证。最后,对涡扇发动机限制保护控制以及加力通断干扰抑制控制进行了研究。针对限制保护控制的工作特点,提出了一种改进无模型自适应控制算法,基于此算法设计了温度、转速以及压力限制保护控制器,通过领导-跟踪的方式实现了多个限制保护控制器与主回路控制器的综合。针对加力式涡扇发动机在加力通断瞬间所产生的干扰,本文基于前馈校正算法设计尾喷口面积的补偿器,保证发动机在加力通断前后核心机的状态基本保持不变。通过在不同工作点进行数字仿真,验证了发动机限制保护控制器和加力干扰抑制控制器的有效性。