本文關(guān)鍵詞：民用大涵道比渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)建模與控制研究

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【摘要】：近年來,國(guó)內(nèi)對(duì)航空發(fā)動(dòng)機(jī)領(lǐng)域的研制關(guān)注度在不斷升溫,尤其是對(duì)和大飛機(jī)項(xiàng)目密切相關(guān)的大涵道比民用渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)的研制。作為一種高成本,高風(fēng)險(xiǎn)的工業(yè)產(chǎn)品,高精度的發(fā)動(dòng)機(jī)數(shù)值仿真模型對(duì)于航空發(fā)動(dòng)機(jī)的研制具有極大的應(yīng)用價(jià)值。因此,本文對(duì)民用大涵道比渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)建模技術(shù)開展研究,并對(duì)其控制方法進(jìn)行了探索。首先,本文以CFM56-5A發(fā)動(dòng)機(jī)為研究對(duì)象建立了大涵道比民用渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)部件級(jí)模型。建模時(shí)考慮了較高的涵道比會(huì)造成風(fēng)扇葉根與葉尖的特性不同,將風(fēng)扇的內(nèi)涵道和外涵道部分進(jìn)行分開建模,研究了部件間共同工作方程。建立了增壓級(jí)部件的導(dǎo)葉角模型以及外涵道的反推裝置模型。通過慢車以上加、減速過程及地面至空中巡航全過程仿真,初步驗(yàn)證了所建立的模型的有效性,并為后續(xù)控制算法研究提供平臺(tái)。其次,本文研究了一種航空發(fā)動(dòng)機(jī)自適應(yīng)比例-積分-微分(PID)控制方法。提出一種基于改進(jìn)螢火蟲優(yōu)化的極端學(xué)習(xí)機(jī)算法,對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)輸出進(jìn)行預(yù)測(cè),可在保證極端學(xué)習(xí)機(jī)預(yù)測(cè)精度的前提下減小網(wǎng)絡(luò)的規(guī)模,增強(qiáng)其泛化能力�；陬A(yù)測(cè)模型根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)工作狀態(tài)對(duì)PID控制參數(shù)進(jìn)行調(diào)整。相較常規(guī)PID控制,提高了控制系統(tǒng)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)變化的適應(yīng)能力。最后,本文研究航空發(fā)動(dòng)機(jī)高性能控制方法,包含航空發(fā)動(dòng)機(jī)性能退化緩解控制和性能尋優(yōu)控制�；诜�(wěn)態(tài)映射、動(dòng)態(tài)修正、退化補(bǔ)償設(shè)計(jì)推力估計(jì)器用于反饋,設(shè)計(jì)了內(nèi)回路H2/H∞風(fēng)扇轉(zhuǎn)速控制器和外回路PI推力控制器,并通過仿真驗(yàn)證了在發(fā)動(dòng)機(jī)性能退化情況下的推力恢復(fù)控制效果。性能尋優(yōu)控制研究基于自適應(yīng)微分進(jìn)化算法開展,提出基于Sigmoid函數(shù)變化縮放因子的自適應(yīng)策略,提高了算法的尋優(yōu)能力。應(yīng)用于發(fā)動(dòng)機(jī)性能尋優(yōu)控制的仿真結(jié)果表明,算法能有效提高推力、降低耗油率。
【關(guān)鍵詞】：航空發(fā)動(dòng)機(jī) 自適應(yīng)PID 性能退化緩解控制 性能尋優(yōu)控制 微分進(jìn)化算法
【學(xué)位授予單位】：南京航空航天大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：V235.13
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 注釋表10-11
• 第一章 緒論11-16
• 1.1 研究背景11
• 1.2 民用大涵道比渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)建模技術(shù)11-12
• 1.3 民用大涵道比渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)控制方法12-13
• 1.4 航空發(fā)動(dòng)機(jī)高性能控制方法13-14
• 1.5 本文內(nèi)容安排14-16
• 第二章 民用大涵道比渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)建模技術(shù)研究16-36
• 2.1 引言16
• 2.2 發(fā)動(dòng)機(jī)建模原理16-25
• 2.2.1 發(fā)動(dòng)機(jī)總體結(jié)構(gòu)16-17
• 2.2.2 建模假設(shè)及已知建模數(shù)據(jù)17-19
• 2.2.3 各部件的氣動(dòng)熱力學(xué)數(shù)學(xué)模型19-25
• 2.3 發(fā)動(dòng)機(jī)模型的計(jì)算25-28
• 2.3.1 部件共同工作方程25-28
• 2.3.2 模型設(shè)計(jì)點(diǎn)計(jì)算28
• 2.4 發(fā)動(dòng)機(jī)可調(diào)部件建模28-29
• 2.4.1 導(dǎo)葉角模型28-29
• 2.4.2 反推裝置計(jì)算模型29
• 2.5 發(fā)動(dòng)機(jī)模型對(duì)比驗(yàn)證29-34
• 2.5.1 發(fā)動(dòng)機(jī)飛行包線內(nèi)仿真29-31
• 2.5.2 發(fā)動(dòng)機(jī)導(dǎo)葉動(dòng)態(tài)仿真31-33
• 2.5.3 發(fā)動(dòng)機(jī)反推器動(dòng)態(tài)仿真33-34
• 2.6 本章小結(jié)34-36
• 第三章 民用發(fā)動(dòng)機(jī)自適應(yīng)PID控制研究36-46
• 3.1 引言36
• 3.2 IFA-ELM算法36-41
• 3.2.1 改進(jìn)的螢火蟲算法36-38
• 3.2.2 IFA函數(shù)優(yōu)化能力測(cè)試38-39
• 3.2.3 基于IFA的ELM算法改進(jìn)39-40
• 3.2.4 IFA-ELM算法仿真測(cè)試40-41
• 3.3 基于IFA-ELM的自適應(yīng)控制41-42
• 3.3.1 預(yù)測(cè)模型41-42
• 3.3.2 基于模型預(yù)測(cè)的自適應(yīng)PID原理42
• 3.4 自適應(yīng)PID控制仿真42-45
• 3.4.1 IFA-ELM預(yù)測(cè)模型仿真42-43
• 3.4.2 自適應(yīng)PID控制的仿真驗(yàn)證43-45
• 3.5 本章小結(jié)45-46
• 第四章 民用發(fā)動(dòng)機(jī)高性能控制46-68
• 4.1 引言46
• 4.2 性能退化緩解控制46-60
• 4.2.1 性能退化緩解原理46-47
• 4.2.2 推力估計(jì)器設(shè)計(jì)47-51
• 4.2.3 推力估計(jì)能力仿真51-54
• 4.2.4 控制器設(shè)計(jì)54-58
• 4.2.5 性能退化緩解控制仿真58-60
• 4.3 性能尋優(yōu)控制60-67
• 4.3.1 性能尋優(yōu)設(shè)置60-61
• 4.3.2 性能尋優(yōu)算法61-64
• 4.3.3 性能尋優(yōu)控制仿真64-67
• 4.4 本章小結(jié)67-68
• 第五章 總結(jié)與展望68-70
• 5.1 本文總結(jié)68
• 5.2 工作展望68-70
• 參考文獻(xiàn)70-74
• 致謝74-75
• 在學(xué)期間的研究成果及發(fā)表的學(xué)術(shù)論文75

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本文編號(hào)：870286