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作者：徐文浩潘慕绚周文祥黄金泉南京航空航天大学能源与动力学院

航空发动机限制保护控制是保证航空发动机在极端恶劣条件下安全可靠高性能工作的必须手段。在航空发动机控制系统向多输入多输出控制的发展趋势下,目前航空发动机常采用的基于最大-最小选择逻辑的切换限制保护控制存在着控制任务与限制... 详细信息

航空发动机限制保护控制是保证航空发动机在极端恶劣条件下安全可靠高性能工作的必须手段。在航空发动机控制系统向多输入多输出控制的发展趋势下,目前航空发动机常采用的基于最大-最小选择逻辑的切换限制保护控制存在着控制任务与限制保护任务耦合加深、限制保护控制保守性高等问题。为了提高航空发动机在多输入多输出控制结构下的安全性和动态性能,本文提出了一种基于快速响应指令调节器的航空发动机限制保护控制方法。该方法以具有良好控制性能主控制器的内环控制系统作为研究对象,通过解耦阶跃响应法和最小二乘拟合法建立内环系统预测模型,基于该模型建立内环系统限制集并利用递增优化算法求解系统的最大输出允许集,以内环系统跟踪性能和虚拟指令跟踪性能的二次型指标为优化目标,内环控制系统位于其最大输出允许集之内作为约束条件建立虚拟指令优化问题,基于在线滚动优化策略实时求解虚拟指令优化问题并将求得的虚拟指令作用于内环系统,实现航空发动机的多维指令跟踪控制。通过对算法优化目标的递归分析给出了矩阵参数设计方法从而保证算法的稳定性。数字仿真结果表明,与常规指令调节器和基于最大-最小选择逻辑的切换方法相比,该方法可以在发动机多输入多输出控制结构下保证多限制输入输出均不超限,通过使发动机输出量贴近限制量控制,指令跟踪均方根误差大大降低,获得更快的动态响应速度,充分考虑控制任务与限制保护任务耦合情况,降低了限制保护控制的保守性。

关键词：限制保护控制指令调节器输出允许集切换控制

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航空发动机转速传感器失效下转速限制保护的控制方法

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科学技术与工程 2020年第34期20卷 14308-14312页

作者：朱日兴白杰王伟中国民航大学适航学院天津300300

中国民航局发布的适航规章(CCAR33R2)对航空发动机安全性问题出台了相关规定,其中明确规定发动机控制系统必须能够容忍“单点故障”,即最大限度降低局部失效的影响。为对适航审定提供相应技术支持,针对转速传感器失效时航空发动机转速... 详细信息

中国民航局发布的适航规章(CCAR33R2)对航空发动机安全性问题出台了相关规定,其中明确规定发动机控制系统必须能够容忍“单点故障”,即最大限度降低局部失效的影响。为对适航审定提供相应技术支持,针对转速传感器失效时航空发动机转速控制系统的输出响应会严重偏离设定点。在传感器失效下,提出将限制保护控制技术用于转速控制系统输出响应的控制。依次向系统注入偏置、漂移、开路、短路及周期性干扰等故障,在传感器失效下对比转速控制与限制保护控制的系统。仿真结果表明:传感器失效后,与无限制保护的系统相比,有限制保护控制的系统输出响应并未受到严重影响,转速响应及燃油流量始终维持在设定值附近,控制系统性能得以改善。

关键词：航空发动机限制保护控制传感器故障仿真

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双外涵变循环发动机控制规律研究

双外涵变循环发动机控制规律研究

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作者：缪荣成南京航空航天大学

学位级别：硕士

现代飞行器对航空动力系统性能、经济性和安全性提出了极高的要求,给航空发动机的设计带来了极大挑战。变循环发动机,兼具小涵道比涡扇发动机超音速飞行和大涵道比涡扇发动机亚音速飞行的优势,是下一代航空动力系统的研究热点。为了研... 详细信息

现代飞行器对航空动力系统性能、经济性和安全性提出了极高的要求,给航空发动机的设计带来了极大挑战。变循环发动机,兼具小涵道比涡扇发动机超音速飞行和大涵道比涡扇发动机亚音速飞行的优势,是下一代航空动力系统的研究热点。为了研究变循环发动机的特性和控制规律,本文针对一种双外涵变循环发动机开展了部件级建模、系统特性、控制规律和限制保护控制研究,具体研究工作如下:建立了双外涵变循环发动机的部件级模型并开展了特性分析。基于Matlab/Simulink平台建立了双外涵变循环发动机非线性部件级模型,在建模的过程中,考虑了引放气系统和部件几何参数对部件特性的影响。利用所建立的部件级模型通过典型工况下的稳态仿真和加减速仿真验证了部件级模型的有效性。通过部件级模型仿真还得到了变循环发动机的转速特性和典型变几何部件特性。研究了双外涵变循环动机的控制规律包括稳态控制规律和加减速控制计划。借鉴传统涡扇发动机控制系统设计中相关概念和方法,结合变循环发动机的工作特点,划分了变循环发动机的工作状态,选取了控制参数和被控参数并设计了变循环发动机的状态控制计划。随后基于变循环发动机状态变量模型设计了稳态控制规律,基于功率提取法设计了加速控制计划,并通过数值仿真验证了稳态控制规律和加减速控制计划的有效性。考虑到变循环发动机具有两种工作模式的特点,对其模式转换控制规律进行了研究并进行了仿真验证。研究了双外涵变循环发动机的限制保护控制。首先通过数值仿真说明了限制保护控制在发动机控制中的必要性,并将传统低选—高选限制保护控制引入变循环发动机控制,通过状态变量模型数值仿真验证了该限制保护控制的有效性。随后对低选—高选限制保护控制进行了改进,增加了抗积分饱和模块保证了不同控制器切换时系统的动态性能,最后通过数值仿真验证了改进后低选—高选限制保护控制的有效性。

关键词：变循环发动机部件级模型控制规律限制保护控制

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涡扇发动机直接性能量控制综合

涡扇发动机直接性能量控制综合

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作者：管庭筠南京航空航天大学

学位级别：硕士

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... 详细信息

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。

关键词：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

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