本文關(guān)鍵詞：氧氣面罩的內(nèi)部壓強(qiáng)控制以及供氧濃度控制的仿真研究

  更多相關(guān)文章： 氧氣面罩 氧氣調(diào)節(jié)器 壓強(qiáng)控制 模糊控制 PID控制

【摘要】：飛行員駕駛當(dāng)代先進(jìn)的飛機(jī)在高空飛行時(shí),經(jīng)常面臨超高空、超低壓、超高速、高過載和高低溫等多種惡劣環(huán)境因素的威脅。尤其是由于飛行器在高空飛行時(shí)氣壓的劇烈下降,飛行員在高空飛行過程中的缺氧問題是他們面臨的最嚴(yán)重的威脅之一。這就需要采用完善的供氧設(shè)備和供氧技術(shù)為駕駛飛行器的飛行員提供穩(wěn)定可靠的高空供氧服務(wù)。近年來,隨著機(jī)載分子篩制氧、低總壓供氧和全身一體化帶償服裝備等先進(jìn)技術(shù)的應(yīng)用,使得飛行員飛行供氧問題的解決有了很大的進(jìn)步。但是,如今最先進(jìn)戰(zhàn)機(jī)由于飛行速度極快,在完成各種戰(zhàn)術(shù)動(dòng)作過程中飛行高度變化快且變化不規(guī)則,這對(duì)供氧設(shè)備的氧氣濃度控制問題提出了新的挑戰(zhàn)。另外,由于全身一體化帶償服氧氣面罩的氣密性較傳統(tǒng)的氧氣面罩更好,呼吸因素對(duì)氧氣面罩內(nèi)部壓強(qiáng)控制產(chǎn)生了較大的影響,這對(duì)飛行中飛行員佩戴的氧氣面罩內(nèi)的壓強(qiáng)控制問題帶來了新問題。因此,為了解決飛機(jī)在高速飛行過程中的安全、穩(wěn)定和可靠的供氧問題,本文開展了飛行器的氧氣調(diào)節(jié)器的供氣活門開度控制問題和氧氣面罩內(nèi)部壓強(qiáng)的控制問題的研究,具體的研究?jī)?nèi)容和取得的研究成果如下:在分析航空供氧生理學(xué)要求以及氧氣調(diào)節(jié)器的工作原理的基礎(chǔ)上,建立了氧氣調(diào)節(jié)器的活門開度與飛機(jī)飛行高度之間關(guān)系的數(shù)學(xué)模型,設(shè)計(jì)了一種模糊控制器來對(duì)供氧調(diào)節(jié)器的氧氣和空氣活門開度進(jìn)行控制;應(yīng)用MATLAB軟件平臺(tái)的Simulink模塊對(duì)模糊控制方法的可行性和有效性進(jìn)行了仿真實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證;仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,本文中所給出的模糊控制規(guī)則合理,能夠使得氧氣調(diào)節(jié)器為飛行員提供符合含氧濃度要求的混合氣體。其次,針對(duì)全身一體化帶償服氧氣面罩內(nèi)部的壓強(qiáng)容易受到飛行員呼吸的頻率和深淺、氧氣調(diào)節(jié)器供氣以及面罩內(nèi)部排氣等因素的干擾問題,本文在對(duì)已有的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析的基礎(chǔ)上,根據(jù)流體力學(xué)原理,建立了航空氧氣面罩內(nèi)部壓強(qiáng)控制問題的數(shù)學(xué)模型;設(shè)計(jì)了通過控制氧氣調(diào)節(jié)器的進(jìn)氣閥門的開度來控制面罩內(nèi)部壓強(qiáng)的PID控制器;最后使用EASY5仿真軟件,設(shè)計(jì)了航空氧氣面罩內(nèi)部壓強(qiáng)控制問題的仿真模型,并進(jìn)行了對(duì)氧氣調(diào)節(jié)器的進(jìn)氣閥門開度的PID控制來調(diào)節(jié)氧氣面罩內(nèi)部壓強(qiáng)的仿真實(shí)驗(yàn)。仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,通過對(duì)PID控制器參數(shù)的調(diào)整優(yōu)化,可以使飛行員在只產(chǎn)生輕度呼吸阻力感的情況下保證其順暢呼吸。最后,根據(jù)仿真實(shí)驗(yàn)所得到的優(yōu)化結(jié)構(gòu)參數(shù),設(shè)計(jì)和搭建了氧氣面罩內(nèi)部壓強(qiáng)控制的實(shí)驗(yàn)平臺(tái),并在平臺(tái)上進(jìn)行了氧氣面罩內(nèi)部壓強(qiáng)控制系統(tǒng)的試驗(yàn)和數(shù)據(jù)采集。經(jīng)過與仿真試驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果的對(duì)比驗(yàn)證,證明了論文所提出的氧氣面罩內(nèi)部壓強(qiáng)控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型以及仿真模型的正確性。
【關(guān)鍵詞】：氧氣面罩 氧氣調(diào)節(jié)器 壓強(qiáng)控制 模糊控制 PID控制
【學(xué)位授予單位】：天津理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：V245.31
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第一章 緒論10-18
• 1.1 研究的背景和意義10-12
• 1.1.1 航空供氧問題10
• 1.1.2 氧氣調(diào)節(jié)器的供氧濃度控制問題以及解決措施10-11
• 1.1.3 氧氣面罩的內(nèi)部壓強(qiáng)控制問題以及解決措施11-12
• 1.2 航空供氧系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀12-16
• 1.2.1 航空供氧技術(shù)的研究現(xiàn)狀12-14
• 1.2.2 供氧濃度控制問題的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀14-15
• 1.2.3 氧氣面罩內(nèi)部壓強(qiáng)控制問題的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀15-16
• 1.3 本文組織結(jié)構(gòu)介紹16-18
• 1.3.1 本文的研究?jī)?nèi)容16-17
• 1.3.2 本文框架17-18
• 第二章 航空氧氣調(diào)節(jié)器的供氧濃度控制的仿真研究18-33
• 2.1 航空供氧生理學(xué)要求18-22
• 2.1.1 高空環(huán)境壓強(qiáng)18-20
• 2.1.2 高空供氧生理要求與氧氣調(diào)節(jié)器供氧濃度要求20-22
• 2.2 氧氣調(diào)節(jié)器的工作原理以及結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)計(jì)22-24
• 2.2.1 氧氣調(diào)節(jié)器的工作原理22-23
• 2.2.2 氧氣調(diào)節(jié)器的工作方式23-24
• 2.2.3 氧氣調(diào)節(jié)器的參數(shù)設(shè)計(jì)24
• 2.3 問題數(shù)學(xué)模型的建立24-26
• 2.4 模糊控制算法的設(shè)計(jì)26-30
• 2.4.1 輸入模糊化26-28
• 2.4.2 模糊控制規(guī)則28-29
• 2.4.3 解模糊29-30
• 2.5 基于Matlab/Simulink的仿真模型以及仿真結(jié)果30-32
• 2.6 本章小結(jié)32-33
• 第三章 基于EASY5的航空氧氣面罩內(nèi)部壓強(qiáng)控制問的仿真研究33-53
• 3.1 Easy5流體動(dòng)力學(xué)軟件33-35
• 3.2 航空供氧面罩內(nèi)壓強(qiáng)控制的理論要求35-36
• 3.2.1 面罩內(nèi)部壓強(qiáng)控制35
• 3.2.2 呼吸阻力35-36
• 3.3 氧氣面罩的工作原理36-38
• 3.3.1 航空氧氣面罩的工作原理36-37
• 3.3.2 航空氧氣面罩的氣路結(jié)構(gòu)37-38
• 3.4 問題的數(shù)學(xué)模型以及仿真模型的設(shè)計(jì)38-48
• 3.4.1 面罩內(nèi)部空間模塊38-40
• 3.4.2 單項(xiàng)閥門模塊設(shè)計(jì)40-42
• 3.4.3 管路模塊設(shè)計(jì)42-45
• 3.4.4 呼吸模塊設(shè)計(jì)45-46
• 3.4.5 總體設(shè)計(jì)46-48
• 3.5 仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果以及結(jié)果分析48-52
• 3.6 本章小結(jié)52-53
• 第四章 實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的搭建與實(shí)驗(yàn)53-59
• 4.1 航空氧氣面罩供氣壓強(qiáng)控制實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的搭建53-55
• 4.2 供氣壓強(qiáng)控制實(shí)驗(yàn)與實(shí)驗(yàn)結(jié)果55-58
• 4.3 本章小結(jié)58-59
• 第五章 總結(jié)與展望59-60
• 5.1 全文總結(jié)59
• 5.2 展望59-60
• 參考文獻(xiàn)60-62
• 發(fā)表論文和科研情況說明62-63
• 致謝63-64

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1 肖華軍;飛行員氧氣面罩的發(fā)展趨勢(shì)[J];中華航空航天醫(yī)學(xué)雜志;1999年03期

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1 孫昊;氧氣面罩的內(nèi)部壓強(qiáng)控制以及供氧濃度控制的仿真研究[D];天津理工大學(xué);2016年

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本文編號(hào)：1056878