【摘要】：高溫風(fēng)洞多通過燃燒加熱器得到一定總溫、總壓、氧摩爾比的高焓氣體,以開展高超聲速系統(tǒng)的推進(jìn)、材料、結(jié)構(gòu)等的真實(shí)溫度性能試驗(yàn)�，F(xiàn)階段國(guó)內(nèi)各高溫風(fēng)洞均采用固定馬赫數(shù)試驗(yàn)?zāi)Ｊ?而發(fā)展變馬赫數(shù)運(yùn)行能力,能夠顯著提升高溫風(fēng)洞的試驗(yàn)成熟度。為實(shí)現(xiàn)高溫風(fēng)洞變馬赫數(shù)運(yùn)行,必須解決燃燒加熱器變模擬參數(shù)控制問題,使總溫、總壓、氧摩爾比等模擬參數(shù)均能跟蹤預(yù)設(shè)的目標(biāo)軌跡。由于高溫風(fēng)洞燃燒加熱器(以下簡(jiǎn)稱加熱器)的模擬參數(shù)控制較為復(fù)雜,具有顯著的非線性、多變量耦合、時(shí)變時(shí)滯等控制特性,目前常用的高溫風(fēng)洞控制策略難以實(shí)現(xiàn)良好的控制性能,因此開展加熱器多變量變參數(shù)控制策略研究顯得十分重要。本文以0.6m高溫高超聲速風(fēng)洞的加熱器系統(tǒng)為研究對(duì)象,針對(duì)該系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成與運(yùn)行特點(diǎn),合理劃分模塊部件,基于流體力學(xué)三大守恒方程建立了加熱器模擬參數(shù)的動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型,并進(jìn)一步基于MATLAB/Simulink圖形化編程語(yǔ)言建立了加熱器系統(tǒng)仿真模型。對(duì)該模型設(shè)計(jì)了初步仿真實(shí)驗(yàn),輸出結(jié)果顯示該控制對(duì)象具有非線性,且各變量間相互耦合。在0.6m高溫高超聲速風(fēng)洞上設(shè)計(jì)并開展了驗(yàn)證性試驗(yàn),風(fēng)洞試驗(yàn)結(jié)果與仿真結(jié)果吻合較好,證明該仿真模型能夠有效模擬加熱器系統(tǒng)的運(yùn)行控制過程,可以用于加熱器模擬參數(shù)控制策略研究。針對(duì)加熱器變參數(shù)控制的特點(diǎn)難點(diǎn),將模糊預(yù)測(cè)控制算法用于加熱器模擬參數(shù)控制。研究了預(yù)測(cè)控制方法和T-S模糊模型在線辨識(shí)方法,以T-S模糊模型作為廣義預(yù)測(cè)控制的預(yù)測(cè)模型,實(shí)現(xiàn)了模糊預(yù)測(cè)控制,并設(shè)計(jì)推導(dǎo)了具體算法。針對(duì)加熱器系統(tǒng)的輸入約束問題,引入控制量柔化系數(shù)與設(shè)定值柔化系數(shù),簡(jiǎn)化了約束條件描述,同時(shí)通過動(dòng)態(tài)性能模糊指標(biāo)實(shí)時(shí)調(diào)整柔化系數(shù),提高了優(yōu)化控制效率,并使該控制算法更加可行。仿真結(jié)果顯示,基于T-S模糊模型的預(yù)測(cè)控制可以滿足加熱器模擬參數(shù)連續(xù)可變的控制要求,為相關(guān)風(fēng)洞設(shè)備的建設(shè)提供了有價(jià)值的控制策略方案。
【圖文】：

軍事科學(xué)院碩士學(xué)位論文的馬赫數(shù)變化。高溫變馬赫數(shù)風(fēng)洞可以實(shí)現(xiàn)種參數(shù)的實(shí)時(shí)變化，能在地面對(duì)飛行器及動(dòng)及空氣流量等來(lái)流參數(shù)的動(dòng)態(tài)模擬，最終可統(tǒng)及其飛行器的全飛行軌跡真實(shí)模擬。目前動(dòng)機(jī)整機(jī)及部件關(guān)鍵技術(shù)將可在地面試驗(yàn)設(shè)飛行試驗(yàn)帶來(lái)的研制成本和研制周期。

圖 1.3 系統(tǒng)輸入輸出關(guān)系示意圖0.6m 高溫高超聲速風(fēng)洞的氣源管道上依次布置有電動(dòng)截止閥、氣動(dòng)快速閥、壓力調(diào)節(jié)閥、流量計(jì)和文氏管，如圖 1.4 所示。電動(dòng)截止閥用于關(guān)斷和開啟氣源，氣動(dòng)快速閥用于氣流的快速開啟和關(guān)閉，流量計(jì)用于氣流流量的實(shí)時(shí)測(cè)量；一次試驗(yàn)中，文氏管的喉道保持不變，，通過壓力調(diào)節(jié)閥將文氏管上游的壓力調(diào)節(jié)并穩(wěn)定在某一固定值，使得注入加熱器系統(tǒng)的各種氣體流量保持不變[5]。本文將研究利用此氣體管道布局，通過壓力調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)壓力來(lái)實(shí)現(xiàn)氣體流量變化，并最終實(shí)現(xiàn)總溫、總壓、氧摩爾比等模擬參數(shù)按照預(yù)定趨勢(shì)精確調(diào)節(jié)的控制策略與實(shí)施方法。除了上文所述的多變量耦合特性外，可預(yù)見的控制難點(diǎn)還包括：整個(gè)系統(tǒng)各部段間均存在不同程度的非線性；調(diào)節(jié)閥執(zhí)行機(jī)構(gòu)、管道容腔、燃燒室等均存在時(shí)滯性，且由于各氣體介質(zhì)物理性質(zhì)、管道長(zhǎng)度直徑等的差異，不同輸入量對(duì)應(yīng)不同輸出有不同的時(shí)滯，意味著系統(tǒng)具有多時(shí)滯性。截止閥 快速閥 調(diào)節(jié)閥 文丘里管P102P103P104P101高壓氣源渦輪流量計(jì)P105加熱器圖 1.4 氣體流量控制布局圖
【學(xué)位授予單位】：軍事科學(xué)院
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：V211.74

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本文編號(hào)：2705955