基于Compact RIO/FPGA的超高速控制器快速原型设计与试验验证

针对航空发动机主动控制技术对高频响控制需求,提出了基于Compact RIO/FPGA的超高速控制器快速原型设计方法,构建了其硬件平台;基于Lab VIEW软件平台,设计了控制算法程序和I/O接口驱动程序。针对基于模拟计算机搭建的带宽为311 Hz的快速响应2阶系统对象模型,开展了控制步长为20μs的实物在回路超高速闭环控制试验研究,验证了快速原型控制器的有效性。结果表明:基于Compact RIO/FPGA的超高速控制器快速原型可以较好地满足航空发动机主动控制的高频响控制需求。     

面向FADEC系统BIT验证的综合故障注入器研究

为了评价航空发动机数字电子控制器机内自测试检测能力,提出了一种面向全权限数字电子控制(FADEC)系统机内自测试(BIT)验证的综合故障注入器的设计思想。综合故障注入器采用ARM处理器作为核心控制器;基于数模混合电路,分别通过后驱动技术和电压求和技术实现对数字电路节点和模拟电路节点的故障注入;针对各种传感器和执行机构的电气特征,设计了具有良好逼真度的接口模拟电路,从而与电子控制器(EEC)构成FADEC系统运行环境。通过对具有BIT功能的电子控制器原理样机的故障注入实验,证明该综合故障注入器作为航空发动机FADEC系统BIT设计和应用研究的工具是非常有效的。      

航空发动机H∞/LTR控制试验验证

 用半物理模拟试验验证了多变量鲁棒控制在航空发动机中的应用,给出了航空发动机中H_∞/LTR控制模块的设计过程及注意事项。从半物理模拟试验结果可见:与LQG/LTR控制器不同,H_∞/LTR控制器能在半物理模拟试验环境下稳定控制航空发动机;H_∞/LTR控制器具有优良的噪声抑制功能;基于包线内一点设计的H_∞/LTR控制器可适用于包线内其他区域的加力与非加力状态下的爬升、加速等仿真试验,验证了H_∞/LTR方法的鲁棒性。推进了多变量鲁棒控制设计方法在航空发动机中的实际应用。     

涡喷发动机电子控制器研究

进行了某型涡喷发动机数字电子控制器系统设计 ,执行机构采用了步进电机细分的驱动方案。分析和给出了涡喷发动机转速、压力、温度信号的采集过程以及起动控制箱、机械供油装置的接口电路 ,基于ITAE准则设计了PID控制器 ,并在发动机控制系统动态模拟试验台上进行了仿真验证     

面向对象的航空发动机电子控制器建模与仿真

为了模拟航空发动机电子控制器的结构和功能,根据1种典型的民用涡扇发动机数字电子控制器的硬件结构和工作原理,采用基于面向对象的建模方法,为航空发动机数控系统仿真平台FADEC Works搭建了数字电子控制器部件仿真类库,利用数字电子控制器部件仿真类库建立了双通道数字电子控制器模型,在FADEC Works仿真平台上与发动机模型进行了集成,构成了航空发动机闭环数控系统,并对搭建的双通道数字电子控制器模型进行了仿真和验证。结果表明:利用数字电子控制器部件仿真类库搭建的数字电子控制器模型能够模拟数字电子控制器的运行过程。该模型可应用于控制运行逻辑、故障诊断逻辑、通道切换逻辑的开发、集成、测试和验证。     

鲁棒控制用于涡喷发动机控制器设计

基于LMI(LinearMatrixInequality,线性矩阵不等式)的方法,将PID控制律与鲁棒技术交叉结合,考虑了控制受限条件,提出了一种基于LMI的输出反馈PI控制器分段设计的切换方法。这一技术应用于某型涡喷发动机全功能的数字式电子控制器的稳态控制中,并介绍了该型涡喷发动机控制系统的组成,包括硬件、软件、步进电机执行机构及燃油计量装置。设计的电子控制器在发动机半实物仿真平台上进行了鲁棒性能的验证,实现了电子控制器的等转速调节功能和逻辑监控保护功能,满足涡喷发动机多功能FADEC控制要求。      

基于μ综合的宽包线冲压发动机多变量鲁棒稳定控制研究

为避免控制律设计结果出现较大的保守性,考虑冲压发动机的宽包线、非线性、不确定性和未建模动态特性等问题,研究了基于μ综合方法的发动机多变量控制算法设计。建立了一种发动机模型,给出了标称模型的选择和权函数设置与选取,用D-K迭代获得了μ综合控制器。数值仿真验证结果表明:基于μ综合设计的多变量鲁棒控制器在发动机宽包线范围内均满足控制性能指标要求,验证了控制算法的稳定性和鲁棒性,实现了单个控制器控制多个发动机状态点的功能,避免传统控制模式中复杂的动态调参过程。     

边界扫描技术在电子控制器测试中的应用研究

航空发动机电子控制器向更高性能和更高集成度的方向发展,使得传统测试方法难以满足需要。本文提出了通过边界扫描技术来解决电子控制器核心电路的测试问题。为了论证这一方案的可行性,设计了边界扫描测试技术验证平台,主要包括边界扫描测试适配器和被测电路。对被测电路开展了基于边界扫描的测试试验,完成了主要指令的测试。同时通过扫描链实现了对被测电路的故障注入,通过这种方法注入故障可对航空发动机电子控制器的机内测试（BIT）能力进行验证。本文探索了边界扫描测试技术在航空发动机电子控制器中的应用     

边界扫描技术在电子控制器测试中的应用

航空发动机电子控制器向更高性能和更高集成度的方向发展,使得传统测试方法难以满足需要.提出了通过边界扫描技术来解决电子控制器核心电路的测试问题.设计了边界扫描测试技术验证平台,主要包括边界扫描测试适配器和被测电路.对被测电路开展了基于边界扫描的测试试验,完成了主要指令的测试.同时通过扫描链实现了对被测电路的故障注入,通过这种方法注入故障可对航空发动机电子控制器的机内测试(BIT)能力进行验证.      

航空发动机地面试车台加温加压进气控制系统设计

为模拟不同飞行状态下航空发动机的工作环境,设计了航空发动机地面试车台,该试车台能够通过管道供气的方式为 航空发动机提供一定温度、压力的气体。介绍了包括进气系统及其控制系统在内的硬件系统架构的总体设计方案,以及模糊PID 控制器的基本原理和设计思路。针对该试车台的加温加压进气系统设计了基于西门子PLC平台的控制系统,并在实际的试车工 作中完成了验证与应用。其中,最后1级压力调节系统采用了模糊PID控制方法,在西门子PLC平台使用2种编程语言分别设计 了模糊PID控制器模块,并对比了2种编程语言的设计效率和运行效果。分别通过计算机仿真和试车台试验及试车将模糊PID控 制器的控制效果与传统PID控制器的进行对比,结果表明：模糊PID控制器的控制效果更优。     

基于MotoTron平台的二冲程煤油发动机控制器开发

为实现某二冲程航空煤油发动机控制器的快速开发和策略验证,结合MotoTron快速控制原型开发平台丰富的软硬件资源,依据空气辅助缸内直喷与双火花塞点火的系统设计需求,开发了一套利用8缸机程序控制4缸机的发动机控制器。分析了基于快速控制原型软件架构的控制软件设计方法,利用开发软件MotoHawk配置底层程序和搭建发动机控制系统,并结合Matlab/Simulink建立上层控制策略,实现了完整的控制系统开发。在台架上进行了冷起动测试,发动机起动后转速较平稳,点火提前角、喷油提前角和喷油脉宽的调节过程符合控制策略设计,空燃比控制稳定,空燃比误差在10%以内。发动机顺利过渡到正常工况,验证了冷起动控制策略的可行性,实现了控制器的基本功能,控制器设计满足要求。     

基于FPGA的惯性平台数字稳定回路设计实现

为了适应平台系统一体化、小型化设计要求,本文提出了以FPGA为核心的数字化平台稳定回路实现方案.在该方案中,对稳定回路的主要组成部分如滤波器、校正网络、PWM模块进行了数字化设计,并给出了相应的FPGA实现方案.FPGA将数字电路的设计软件化,同时具备硬件电路的高可靠性和软件算法的灵活性.实验结果表明,该电路可以达到较...     

微型涡轮发动机综合测控系统设计

针对微型涡轮发动机测控要求,设计了集试车、控制系统半物理模拟、电动供油试验功能于一体的综合测控系统.各传感器调理信号并接到测控计算机与电子控制器;电子控制器通过串口接受测控计算机操纵指令,并采集p₂进行转速间接闭环控制.详细介绍了转速测量方法、电动油泵(pulse width modulation,PWM)驱动设计,并分析、设计了发动机控制律.测试软件以Lab Windows/CVI为平台,采用多线程技术设计.应用表明,系统结构简单、试验效率高,可为同类发动机研发提供支持.      

直驱阀控制系统设计及验证

为提高直驱阀系统的动态特性和稳定性,设计了1种位置环加电流环的直驱阀双闭环控制系统,其中位置环采用比例积分控制加相位超前校正,电流环采用比例积分控制。在MATLAB平台上,开展了电流环仿真、位置环的参数辨识以及仿真;在由DSP和FPGA构成的验证平台上,开展了试验验证,电流环与位置环的控制效果与仿真模型均一致,获得了400 Hz以上的电流控制带宽和25 Hz以上的位置控制带宽。研究结果表明:此控制器设计及校正方法可有效提高直驱阀系统的动态特性和稳定性。     

面向电子控制器测试的JTAG控制器IP软核设计

基于可编程门阵列(FPGA)设计JTAG(joint test action group)控制器知识产权(IP)软核,可以实现在线测试.通过分析测试访问端口(TAP)控制器状态机及边界扫描专用控制器芯片原理,针对发动机控制器中常用的数字信号处理器(DSP)芯片,设计了JTAG控制器IP软核以及基于该IP软核的边界扫描测...     

微小型转台控制器的SOPC实现

微小型转台控制器通常利用嵌入式系统,尽可能减小控制系统的体积。SOPC技术的不断发展,实现了在FPGA芯片嵌入内核处理器,将其作为控制器具有很大优势。使用Altera公司的FPGA作为控制器开发平台,完成了控制器硬件开发,并且利用Nios II作为嵌入式内核,开发了基于Avalon总线的IP核。开发的控制器应用到微小型转台控制中,提高了控制器的集成度。     

基于FPGA的平台地面电路系统设计

本文围绕如何利用FPGA 技术实现平台地面电路系统功能这一主题进行了详细的系统设计、程序实现、程序仿真及结果分析。首先,依据平台系统的要求提出了基于FPGA的平台地面电路系统的总体设计方案。之后,按照接口电路的工作流程要求和状态控制要求,进行功能化模块设计和程序仿真。重点是按照地面控制回路电路的工作原理进行电路的连续系统设计、仿真、离散系统设计、仿真、分析、程序仿真及结果分析。最终,完成了FPGA的平台地面电路系统的设计。仿真的分析结果表明本设计控制流程正确,控制系统稳定可行,回路各项参数满足平台系统要求。     

涡扇发动机消喘系统设计与试验研究

在某型涡扇发动机气动失稳特征的基础上,建立了航空发动机失速/喘振特征工程数学模型,研制出发动机消喘系统数字仿真平台,完成了消喘系统的方案优化设计,并在地面台架和飞行台试验中得到了验证。其气动失稳工程数学模型、数字仿真优化设计技术和试验验证方法可广泛应用于航空发动机、地面和舰船燃气轮机、以及其它民用叶轮机械气动失稳测控设计领域,同时也为制定航空发动机消喘系统设计规范奠定了坚实的技术基础。     

基于PXI的液体姿轨控火箭发动机试验测控系统设计与实现

针对液体姿轨控火箭发动机地面试验高精度、高风险和灵活多变的特点,设计研发了一套以PXI （PCI extensions for instrumentation）控制器为主体的发动机试验测控系统.控制系统拥有40路开关量控制能力,综合运用手动、时序和自动控制方式.测量系统拥有120路信号同步采集能力,具备故障诊断功能.测控系统软件使用LabVIEW开发,通用性良好.为增强控制可靠性,设计了面向工艺流程的试验面板,应用嵌入式控制,进行信号多级监测并引入紧急自动关机控制.为提高测量精度,对测量参数进行原位标定,提出了一种改进的干扰消除电路.该系统已多次成功应用于液体姿轨控火箭发动机地面试验,采用的设计方法有效地提高了测控系统的可靠性,测量精度和控制精度分别达到0.5%和0.1ms,能够充分满足多种类型的液体姿轨控火箭发动机对试验测控系统的要求.