【摘要】：變旋翼轉速飛行器在當今各個領域應用廣泛,一個高品質的飛行控制系統(tǒng)能有效地增強變旋翼轉速飛行器的機動性,同時帶有預測功能的發(fā)動機控制系統(tǒng)能提高發(fā)動機的響應速度和抗干擾能力。本文以典型的變旋翼轉速飛行器直升機為研究對象,在建立變旋翼轉速飛行器/發(fā)動機綜合模型的基礎上,著手從飛行控制和發(fā)動機控制兩方面開展研究工作。首先,在渦軸發(fā)動機部件級模型的基礎上,針對起動過程復雜非線性特性的建模難題,基于級累疊方法,獲得壓氣機低轉速特性數(shù)據(jù),同時根據(jù)相似原理外推出燃氣渦輪、自由渦輪低轉速部件特性,將冷轉動模型和部件級模型相結合,建立了渦軸發(fā)動機起動模型。然后基于葉素法建立了變旋翼轉速飛行器飛行動力學模型,將其與渦軸發(fā)動機模型結合,共同構成了變旋翼轉速飛行器/發(fā)動機綜合模型。其次,為了進一步提高變旋翼轉速飛行器機動性和靈敏性,采取解耦能力強的非線性動態(tài)逆方法設計飛行控制律,引入參考模型和積分抗飽和模塊進一步完善飛行控制,針對動態(tài)逆方法魯棒性較差的缺點,提出了增量式動態(tài)逆的方法加以改進。然后基于非線性動態(tài)逆原理,根據(jù)時標分離的原則分別設計了角速度控制器、姿態(tài)角控制器和航跡控制器并進行了仿真驗證,仿真結果表明所設計的飛行控制律滿足飛行控制要求。最后,為了抑制自由渦輪轉速超調或下垂,提出并設計了一種基于燃油流量和導葉調節(jié)的渦軸發(fā)動機預測控制規(guī)律,采用神經網絡建立扭矩預測模型和發(fā)動機預測模型,將自由渦輪轉速恒定保持100%和減小自由渦輪提供的扭矩與旋翼需求扭矩之差加入到目標函數(shù)中,采取FSQP優(yōu)化算法進行滾動優(yōu)化。最后與傳統(tǒng)串級PID控制方法進行比較,結果表明,所設計的預測控制器能夠有效地減小自由渦輪的超調和下垂量。
【圖文】：

7圖 2. 1 渦軸發(fā)動機結構及特征截面示意圖2.1.2 起動模型發(fā)動機由靜到動，必須依靠外來動力，因此地面起動時必須有起動機。在地面起動發(fā)動機，通常需要進行下述三個階段[30]。如圖 2.2 所示。圖 2. 2 地面起動過程圖 2.2 中STM為起動機的扭矩，TM 為渦輪扭矩，CM 為壓氣機扭矩，，mη 為帶動附件及/C mM η 為起動過程的阻力矩,mη 為克服摩擦的效率，第一階段：在沒有燃油供給燃燒室的時候，由起動機把發(fā)動機的轉子加速到接近轉速1n 。當轉速達到1n 時，燃燒室內噴入燃油并點燃。第二階段：燃油在燃燒室內燃燒，渦輪開始產生功率，當轉速達到1n 的時候，此時渦輪產生的扭矩與負載扭矩相等，此時的轉速稱為最小平衡轉速。當轉速大于最小平衡轉速時，TM 大于 /C mM η 發(fā)動機可單獨加速

圖 2. 2 地面起動過程機的扭矩，TM 為渦輪扭矩，CM 為壓氣機扭矩,mη 為克服摩擦的效率，供給燃燒室的時候，由起動機把發(fā)動機的轉內噴入燃油并點燃。室內燃燒，渦輪開始產生功率，當轉速達到此時的轉速稱為最小平衡轉速。當轉速大于最速，但為了迅速可靠地起動，通常在這一階段動機轉速達到2n 時，起動機斷開，然后發(fā)動到慢車狀態(tài)in[30]。
【學位授予單位】：南京航空航天大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：V233.7;V249.1

【參考文獻】

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本文編號：2678968