本文關鍵詞：航空發(fā)動機主動穩(wěn)定控制方法研究

  更多相關文章： 壓氣機 失速和喘振 主動穩(wěn)定控制 壓氣機前噴氣 李雅普諾夫穩(wěn)定性理論 模態(tài)控制 動力學分析

【摘要】：航空發(fā)動機受壓氣機旋轉失速和喘振的影響,限制其性能的最大發(fā)揮。為使壓氣機在更小流量和更高壓比下保持穩(wěn)定工作狀態(tài),充分擴展其穩(wěn)定工作范圍,對壓氣機進行主動穩(wěn)定控制是當前技術研究的前沿和熱點。論文針對主動穩(wěn)定控制設計的關鍵技術,首先進行壓氣機失速與喘振動力學分析、噴氣對失速與喘振抑制的影響分析;然后,以此為基礎,研究了基于非定常噴氣的模態(tài)控制與基于李亞普諾夫穩(wěn)定性理論的失速控制設計;最后總結了三種不同執(zhí)行裝置的控制機理及控制器設計共性。論文所做的具體研究及學術貢獻主要體現(xiàn)在以下幾個方面:在Moore-Gretizer模型的基礎上,通過分岔理論,對壓氣機的失速現(xiàn)象進行分析;通過強非線性振蕩理論,對喘振現(xiàn)象進行分析。通過分析得到失速與喘振的頻率、幅值,進而可以確定出影響失速與喘振頻率的因素。從控制的角度,這些研究及其結果可為理解失速與喘振現(xiàn)象的“本質(zhì)”,進而設計控制律,對其進行有效控制提供了理論依據(jù),同時可為主動穩(wěn)定控制時失穩(wěn)信號檢測與識別提供理論支持。從控制角度對壓氣機前噴氣發(fā)生作用的機理進行理論分析,即從壓氣機準穩(wěn)態(tài)特性圖改變的角度來解釋噴氣的穩(wěn)定性作用。對定常噴氣射流參數(shù)以及對壓氣機的穩(wěn)定性影響進行了量化研究,結果表明:定常噴氣對擾動的幅值大小敏感,對擾動的頻率不敏感;射流速度是影響穩(wěn)定效果的關鍵因素;對于給定狀態(tài)的壓氣機系統(tǒng),存在最小噴氣速度,在該噴氣速度下壓氣機穩(wěn)定,論文給出了計算該最小噴氣理論值的計算方法,有利于控制系統(tǒng)依據(jù)。相比較定常噴氣,采用非定常噴氣可以更有效擴展壓氣機穩(wěn)定工作范圍,針對目前缺乏對非定常噴氣下的壓氣機系統(tǒng)模型及穩(wěn)定性控制的嚴謹理論分析與解釋的不足,分析了非定常噴氣控制的原理及實現(xiàn)方法,然后在帶執(zhí)行裝置的多維壓氣機模型基礎上,考慮非定常噴氣的質(zhì)量和動量效應,以及非定常噴氣擾動的動態(tài)影響,建立非定常噴氣模態(tài)控制多維壓氣機系統(tǒng)模型,并以此為基礎對不同模態(tài)控制的效果進行仿真,為壓氣機非定常噴氣控制系統(tǒng)設計提供參考。針對模態(tài)控制需要多傳感器及高頻執(zhí)行裝置等不足,通過李雅普諾夫穩(wěn)定性理論對壓氣機系統(tǒng)進行了穩(wěn)定性分析,利用回溯法設計了以壓氣機前噴氣作為執(zhí)行裝置的局部和全局李雅普諾夫控制器。在帶執(zhí)行裝置的多維壓氣機模型上進行對其控制效果進行了仿真驗證。相關研究在國內(nèi)外文獻甚少。論文結果表明,以壓氣機前噴氣作為執(zhí)行裝置的局部和全局李雅普諾夫控制器能夠?qū)崿F(xiàn)對失速的有效控制,并且該方法降低了對控制器硬件的要求,具有較大的工程應用價值。
【關鍵詞】：壓氣機 失速和喘振 主動穩(wěn)定控制 壓氣機前噴氣 李雅普諾夫穩(wěn)定性理論 模態(tài)控制 動力學分析
【學位授予單位】：西北工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：V231.92
【目錄】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-12
• 第一章 緒論12-20
• 1.1 研究背景及意義12-13
• 1.2 壓氣機主動穩(wěn)定控制國內(nèi)外研究現(xiàn)狀13-17
• 1.3 本文研究內(nèi)容17-20
• 第二章 壓氣機失速與喘振的動力學分析20-38
• 2.1 壓氣機系統(tǒng)模型20-22
• 2.2 失速動力學分析22-30
• 2.2.1 預失穩(wěn)階段失速分析22-23
• 2.2.2 完全失速階段失速分析23-28
• 2.2.3 失速團旋轉頻率28-30
• 2.3 喘振動力學分析30-36
• 2.4 關于壓氣機特性的說明36-37
• 2.5 本章小結37-38
• 第三章 定常噴氣對壓氣機系統(tǒng)的影響分析38-58
• 3.1 定常噴氣穩(wěn)定作用機理分析及量化38-42
• 3.1.1 帶噴氣裝置的壓氣機系統(tǒng)模型38-39
• 3.1.2 定常噴氣對穩(wěn)定裕度的影響39-40
• 3.1.3 定常噴氣擴穩(wěn)機理及最小噴氣流量系數(shù)確定40-42
• 3.2 定常噴氣對壓氣機系統(tǒng)的影響42-55
• 3.2.1 多維壓氣機系統(tǒng)模型42-43
• 3.2.2 來流擾動對壓氣機系統(tǒng)的影響43-47
• 3.2.3 定常噴氣對壓氣機穩(wěn)定性的影響47-51
• 3.2.4 定常噴氣對來流擾動的抑制作用51-55
• 3.3 噴氣裝置數(shù)量以及射流參數(shù)的影響55-56
• 3.4 本章小結56-58
• 第四章 基于非定常噴氣的壓氣機模態(tài)控制研究58-74
• 4.1 模態(tài)控制原理與實現(xiàn)算法58-60
• 4.2 模態(tài)控制下的壓氣機系統(tǒng)模型60-62
• 4.3 仿真與結果分析62-67
• 4.4 模態(tài)控制下非定常噴氣對來流擾動的抑制作用67-72
• 4.5 本章小結72-74
• 第五章 基于李雅普諾夫穩(wěn)定性理論的壓氣機失速控制律設計74-94
• 5.1 李雅普諾夫局部穩(wěn)定性控制器設計74-81
• 5.1.1 李雅普諾夫局部穩(wěn)定性控制算法設計74-78
• 5.1.2 李雅普諾夫局部穩(wěn)定性控制仿真78-81
• 5.2 李雅普諾夫全局穩(wěn)定性控制器設計81-92
• 5.2.1 相關假設與模型變換81-83
• 5.2.2 壓氣機失速穩(wěn)定性分析及控制器設計83-88
• 5.2.3 全局穩(wěn)定控制仿真88-92
• 5.3 本章小結92-94
• 第六章 總結與展望94-96
• 6.1 總結94-95
• 6.2 展望95-96
• 參考文獻96-100
• 研究生期間發(fā)表論文與參加科研情況100-101
• 致謝101-102

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