本文關(guān)鍵詞：分布式架構(gòu)下的航空發(fā)動機(jī)多變量控制系統(tǒng)研究

  更多相關(guān)文章： 航空發(fā)動機(jī) 多變量控制 分布式 控制律重構(gòu) 硬件在環(huán)

【摘要】：航空發(fā)動機(jī)目前正朝著多變量、分布式控制方向發(fā)展。分布式控制具有傳輸延遲、節(jié)點(diǎn)故障等特點(diǎn),嚴(yán)重影響航空發(fā)動機(jī)控制系統(tǒng)的可靠性。本文針對分布式架構(gòu)下航空發(fā)動機(jī)多變量控制系統(tǒng)的節(jié)點(diǎn)故障模式,開展控制律重構(gòu)的主動容錯控制算法及試驗(yàn)研究。首先,在某型渦扇發(fā)動機(jī)部件級模型基礎(chǔ)上,建立了線性狀態(tài)空間模型�；谒⒌木�性狀態(tài)空間模型開展了航空發(fā)動機(jī)多變量控制算法研究:(1)采用相對增益陣列方法設(shè)計(jì)控制器結(jié)構(gòu),得到最優(yōu)和次優(yōu)的被控制量選擇方案,為多變量控制和控制律重構(gòu)奠定基礎(chǔ);(2)采用ALQR和H?回路整形方法設(shè)計(jì)航空發(fā)動機(jī)多變量控制器,實(shí)現(xiàn)發(fā)動機(jī)狀態(tài)的快速、穩(wěn)定控制;(3)設(shè)計(jì)控制律重構(gòu)方法,根據(jù)不同故障模式,重新選擇被控制量,重構(gòu)為新的多變量或單變量控制系統(tǒng),保證發(fā)動機(jī)能正常運(yùn)行,同時還設(shè)計(jì)了平滑過渡算法,使得重構(gòu)過程平穩(wěn)。然后,對南航自主開發(fā)的TTP/C總線控制器進(jìn)行了改進(jìn)設(shè)計(jì),主要改進(jìn)了總線控制器數(shù)據(jù)收發(fā)電路、監(jiān)控電路和物理層電路,以解決分布式集群阻塞故障問題。基于TTP/C總線控制器,根據(jù)航空發(fā)動機(jī)控制需求設(shè)計(jì)了智能節(jié)點(diǎn)的信號調(diào)理驅(qū)動電路及控制軟件,搭建了一個包含六個智能節(jié)點(diǎn)的分布式冗余控制系統(tǒng),并進(jìn)行了相關(guān)通道的信號標(biāo)定。最后開展了航空發(fā)動機(jī)分布式控制系統(tǒng)的HIL仿真試驗(yàn)研究:(1)在分布式架構(gòu)下驗(yàn)證了ALQR和H?多變量控制器的控制效果;(2)通過節(jié)點(diǎn)故障模擬,分別進(jìn)行了多變量和單變量控制律重構(gòu)的主動容錯試驗(yàn),并檢驗(yàn)了平滑過渡算法的有效性。試驗(yàn)結(jié)果表明,分布式架構(gòu)下的多變量控制算法控制效果良好,針對不同的節(jié)點(diǎn)故障模式,本文設(shè)計(jì)的主動容錯控制算法能夠保證發(fā)動機(jī)穩(wěn)定可靠運(yùn)行。
【關(guān)鍵詞】：航空發(fā)動機(jī) 多變量控制 分布式 控制律重構(gòu) 硬件在環(huán)
【學(xué)位授予單位】：南京航空航天大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：V233.7
【目錄】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-14
• 第一章 緒論14-23
• 1.1 航空發(fā)動機(jī)分布式控制研究背景與意義14-16
• 1.2 本文關(guān)鍵技術(shù)概述16-19
• 1.2.1 分布式總線技術(shù)17-18
• 1.2.2 多變量控制技術(shù)18-19
• 1.2.3 控制律重構(gòu)技術(shù)19
• 1.3 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀19-21
• 1.3.1 TTP/C總線研究現(xiàn)狀19-20
• 1.3.2 多變量控制研究現(xiàn)狀20
• 1.3.3 控制律重構(gòu)研究現(xiàn)狀20-21
• 1.4 本文研究思路和內(nèi)容安排21-23
• 第二章 航空發(fā)動機(jī)多變量控制技術(shù)研究23-43
• 2.1 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)流程23
• 2.2 航空發(fā)動機(jī)狀態(tài)變量模型23-28
• 2.2.1 航空發(fā)動機(jī)模型簡介24
• 2.2.2 建立某型渦扇發(fā)動機(jī)狀態(tài)空間模型24-27
• 2.2.3 線性狀態(tài)空間模型精度驗(yàn)證27-28
• 2.3 控制結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：被控量選擇28-30
• 2.3.1 相對增益陣列（RGA）方法29
• 2.3.2 某型渦扇發(fā)動機(jī)被控量選擇29-30
• 2.4 航空發(fā)動機(jī)多變量控制器設(shè)計(jì)30-37
• 2.4.1 增廣LQR控制器設(shè)計(jì)30-33
• 2.4.2 ∞回路整形控制器設(shè)計(jì)33-37
• 2.5 主動容錯控制器設(shè)計(jì)37-42
• 2.5.1 控制律重構(gòu)方案設(shè)計(jì)37-38
• 2.5.2 仿真結(jié)果分析38-40
• 2.5.3 軟切換控制設(shè)計(jì)40-42
• 2.6 本章小結(jié)42-43
• 第三章 分布式總線技術(shù)研究43-50
• 3.1 分布式總線架構(gòu)43-45
• 3.1.1 總線調(diào)度方式43-44
• 3.1.2 TTP/C總線簡介44-45
• 3.2 TTP/C總線的實(shí)現(xiàn)45-49
• 3.2.1 自主設(shè)計(jì)的TTP/C總線控制器簡介45-46
• 3.2.2 總線監(jiān)控模塊改進(jìn)設(shè)計(jì)46-47
• 3.2.3 總線收發(fā)電路改進(jìn)設(shè)計(jì)47-48
• 3.2.4 物理層改進(jìn)設(shè)計(jì)48-49
• 3.3 本章小結(jié)49-50
• 第四章 航空發(fā)動機(jī)分布式控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)50-62
• 4.1 分布式控制系統(tǒng)總體方案50-51
• 4.1.1 分布式控制系統(tǒng)架構(gòu)50
• 4.1.2 分布式節(jié)點(diǎn)集群時間劃分50-51
• 4.2 分布式控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)51-60
• 4.2.1 智能節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)方案51-54
• 4.2.2 智能節(jié)點(diǎn)內(nèi)部接口設(shè)計(jì)54-55
• 4.2.3 智能節(jié)點(diǎn)硬件實(shí)現(xiàn)55-58
• 4.2.4 智能節(jié)點(diǎn)軟件實(shí)現(xiàn)58-60
• 4.3 控制系統(tǒng)監(jiān)控軟件設(shè)計(jì)60-61
• 4.4 本章小結(jié)61-62
• 第五章 航空發(fā)動機(jī)分布式控制試驗(yàn)研究62-73
• 5.1 構(gòu)建航空發(fā)動機(jī)分布式控制器HIL試驗(yàn)平臺62-65
• 5.1.1 航空發(fā)動機(jī)接口模擬器簡介62-63
• 5.1.2 航空發(fā)動機(jī)分布式控制系統(tǒng)HIL仿真平臺架構(gòu)63-64
• 5.1.3 信號標(biāo)定64-65
• 5.2 單回路HIL仿真試驗(yàn)65-67
• 5.2.1 油針模型HIL仿真試驗(yàn)65-66
• 5.2.2 轉(zhuǎn)速閉環(huán)HIL仿真試驗(yàn)66-67
• 5.3 多變量控制HIL仿真試驗(yàn)67-68
• 5.4 分布式控制系統(tǒng)故障模擬與診斷68-69
• 5.4.1 分布式控制系統(tǒng)故障模擬68-69
• 5.4.2 分布式控制系統(tǒng)故障診斷69
• 5.5 基于控制律重構(gòu)的容錯控制仿真試驗(yàn)69-72
• 5.5.1 硬切換的控制律重構(gòu)容錯仿真試驗(yàn)69-71
• 5.5.2 軟切換的控制律重構(gòu)容錯仿真試驗(yàn)71-72
• 5.6 本章小結(jié)72-73
• 第六章 總結(jié)與展望73-75
• 6.1 總結(jié)73-74
• 6.2 展望74-75
• 參考文獻(xiàn)75-79
• 致謝79-80
• 在學(xué)期間的研究成果及發(fā)表的學(xué)術(shù)論文80-81
• 附錄A TTP/C總線控制器改進(jìn)關(guān)鍵代碼81-83

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：708766