本文關鍵詞：渦扇發(fā)動機的建模與切換控制

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【摘要】：航空發(fā)動機是一個非常復雜的氣動熱力學被控對象,在航空發(fā)動機運行的時候存在非常多的安全邊界,各個安全邊界之間往往存在相互制約的關系,傳統(tǒng)的控制方法很難滿足設計目標的要求。航空發(fā)動機的控制屬于多目標的控制,本文選取兩個控制目標,即設計合適的控制器,實現(xiàn)對高壓轉子轉速的跟蹤并且使溫度保持在安全邊界之內(nèi)。基于安全保護的切換控制方法,針對系統(tǒng)控制目標設計多個控制器分別滿足各性能指標,并且良好的切換律使得系統(tǒng)在總體性能上達到最優(yōu)。切換方法的引入在一定程度上解決了安全邊界相互影響制約的問題,簡化了控制器的設計過程。本文首先研究了某型號的分開排氣式渦輪風扇發(fā)動機的建模問題,根據(jù)發(fā)動機內(nèi)部各環(huán)節(jié)的氣動熱力學原理,對發(fā)動機各部件分別建立模型,部件級的非線性模型在控制器設計時不易直接使用,因此基于航空發(fā)動機部件級非線性模型建立了發(fā)動機的連續(xù)系統(tǒng)小偏差模型(平衡流形展開模型)并對其進行了控制器的設計和仿真研究。為了便于分析系統(tǒng)穩(wěn)定性,將渦扇發(fā)動機的連續(xù)系統(tǒng)模型進行離散化處理,得到離散的線性參變模型(LPV)。對于得到的系統(tǒng)構造一個共同的李雅普諾夫函數(shù),通過求解一系列線性矩陣不等式,給出了保證系統(tǒng)穩(wěn)定的條件。系統(tǒng)的數(shù)值仿真顯示高壓轉子轉速實現(xiàn)了對目標的快速跟蹤,同時渦輪前溫度保持在安全邊界內(nèi),證明了所設計的切換控制器的有效性。
【關鍵詞】：航空發(fā)動機 多目標 切換控制 線性變參數(shù) 共同李雅普諾夫函數(shù)
【學位授予單位】：大連理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：V235.13
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 1 緒論8-21
• 1.1 航空發(fā)動機8-11
• 1.1.1 航空發(fā)動機概述8-9
• 1.1.2 航空發(fā)動機控制的發(fā)展與研究現(xiàn)狀9-11
• 1.2 切換系統(tǒng)11-18
• 1.2.1 切換系統(tǒng)概述11-13
• 1.2.2 切換系統(tǒng)的研究內(nèi)容13-18
• 1.2.3 切換系統(tǒng)與航空發(fā)動機18
• 1.3 線性變參數(shù)系統(tǒng)18-19
• 1.3.1 線性變參數(shù)系統(tǒng)概述18-19
• 1.3.2 線性變參數(shù)系統(tǒng)與航空發(fā)動機19
• 1.4 本文主要工作19-21
• 2 預備知識21-25
• 2.1 李雅普諾夫穩(wěn)定性21-22
• 2.2 線性變參數(shù)系統(tǒng)(LPV)的穩(wěn)定性22-23
• 2.3 線性矩陣不等式(LMI)23-25
• 3 航空發(fā)動機建模25-37
• 3.1 渦輪風扇發(fā)動機結構簡介25-26
• 3.2 渦扇發(fā)動機部件級模型的建立26-30
• 3.2.1 渦扇發(fā)動機進氣道特性26
• 3.2.2 渦扇發(fā)動機風扇特性26-27
• 3.2.3 渦扇發(fā)動機高壓壓氣機特性27
• 3.2.4 渦扇發(fā)動機燃燒室特性27-28
• 3.2.5 渦扇發(fā)動機高壓渦輪特性28
• 3.2.6 渦扇發(fā)動機低壓渦輪特性28-29
• 3.2.7 渦扇發(fā)動機尾噴管特性29-30
• 3.3 渦輪風扇發(fā)動機中的共同工作方程30-31
• 3.4 平衡流形的計算31-32
• 3.5 渦扇發(fā)動機線性化模型32-35
• 3.5.1 渦扇發(fā)動機線性化模型表示32-33
• 3.5.2 渦扇發(fā)動機線性化模型系數(shù)的求取33-35
• 3.6 平衡流形展開模型35-36
• 3.7 小結36-37
• 4 基于平衡流形展開模型的優(yōu)化切換控制器設計37-46
• 4.1 引言37
• 4.2 控制系統(tǒng)簡介37-38
• 4.3 控制器設計38-42
• 4.3.1 度保護回路控制器設計38-39
• 4.3.2 轉速調(diào)節(jié)回路控制器設計39-40
• 4.3.3 濾波環(huán)節(jié)的設計40
• 4.3.4 切換律設計40-42
• 4.4 渦扇發(fā)動機控制系統(tǒng)仿真驗證42-45
• 4.5 結論45-46
• 5 航空發(fā)動機離散模型控制器設計與穩(wěn)定性分析46-61
• 5.1 引言46
• 5.2 渦扇發(fā)動機離散模型的建立46-48
• 5.3 切換控制器的設計48-51
• 5.3.1 溫度保護控制回路48-49
• 5.3.2 高壓轉子轉速調(diào)節(jié)回路49
• 5.3.3 濾波環(huán)節(jié)及切換律設計49-51
• 5.4 渦扇發(fā)動機穩(wěn)定性分析51-55
• 5.5 共同李雅普諾夫函數(shù)計算時保守性的降低方法55-58
• 5.5.1 頂點去除法55-57
• 5.5.2 切換LPV方法57-58
• 5.6 離散渦扇發(fā)動機系統(tǒng)數(shù)值仿真58-60
• 5.7 結論60-61
• 結論61-62
• 參考文獻62-65
• 攻讀碩士學位期間發(fā)表學術論文情況65-66
• 致謝66-67

【參考文獻】

中國碩士學位論文全文數(shù)據(jù)庫 前1條

1 劉熊;航空發(fā)動機模糊控制系統(tǒng)多目標優(yōu)化設計研究[D];南京航空航天大學;2006年

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本文編號：675604