航空发动机分布式控制通讯网络拓扑结构优化

针对航空发动机分布式控制系统通讯网络拓扑结构的构架问题,建立航空涡扇发动机机匣模型,选取具有代表性的10个传感器作为控制节点开展研究。同时考虑发动机表面存在通讯总线不可通过区域,以及控制节点的工作可靠性因其重要程度存在差异的约束条件,利用遗传算法对航空发动机分布式控制系统通讯网络的拓扑结构进行优化设计。结果表明:优化过程简单,并且优化得到的通讯网络拓扑结构在满足约束条件的基础上线束总长度最短。     

某型航空发动机台架控制系统设计研究

台架控制系统是航空发动机地面台架试车的重要影响因素之一.针对某型航空发动机地面试车台,从发动机台架电气系统和上位机监控系统2方面介绍了试车台台架控制系统,着重阐述了基于PLC的控制系统在方法上的改进.该系统简化了控制结构,节省了台架资源,增加了试验的安全性和可靠性,已在发动机试车中投入使用.系统运行稳定可靠,安全性高,具有广泛地应用价值.     

航空发动机消喘控制系统设计与试验

研究了航空发动机消喘控制系统的设计方法、航空发动机逼喘试验方法、消喘控制器在回路的数字仿真,并在发动机台架和飞行台上进行了发动机消喘控制系统的试验验证.试验结果表明:通过有效的控制器在回路的数字仿真试验,可以优化控制参数,设计一套可靠的发动机消喘控制系统.      

考虑切换特性的航空发动机多回路控制系统设计

针对航空发动机多回路控制系统切换, 分析了多回路控制系统切换的性能指标要求, 基于极点配置与H鲁棒控制综合的方法, 构造了线性矩阵不等式(LMIs), 以此为充分条件给出了多回路切换时的H∞控制器设计方法, 并与单回路系统设计切换进行比较仿真, 进一步表明了航空发动机切换控制的必要性与有效性.      

航空发动机结构系统的可靠性模型

为使航空发动机可靠性模型误差更小,对航空发动机传统可靠性模型进行误差分析,指出可靠性指标扩张的原因,建立了考虑航空发动机结构系统及其失效力学特征的基于结构系统失效模式的航空发动机可靠性模型,并给出了各层的可靠度计算方法.所建立的基于失效模式的航空发动机结构系统可靠性模型考虑了失效模式的相对独立性、时效性和失效率的时变性,可以避免重要失效模式的遗漏、可靠性指标的过度扩张等问题,具有较强的工程适用价值.      

航空发动机双余度控制规律设计方法

提出了航空发动机双余度控制规律设计概念和一种利用双余度控制规律作为控制传感器信号故障处理策略的方法;建立了备份控制规律设计方法和设计原则,应用于某高性能涡扇发动机双余度控制规律设计研究之中.研究结果表明:双余度控制规律可以实现无扰动转换,重构控制回路,提高发动机的任务可靠性.该方法可以应用于配装数字式电子控制系统的各类发动机.      

基于模糊积分的航空发动机MTBF动态评估方法

针对传统评估方法无法解决航空发动机可靠性评估的滞后问题,采用模糊积分方法建立航空发动机动态可靠性评估模型.引入故障强度因子,建立降半正态型分布的故障强度因子函数表示故障纠正过程.通过故障强度因子得到模糊密度,采用Choquet模糊积分方法融合发动机各阶段可靠性指标,解决了航空发动机可靠性指标的动态评估问题.对在研的某小型涡扇发动机进行了应用研究,结果表明采用Choquet模糊积分数据融合方法进行动态评估能考虑到不同阶段故障数据的重要性,对发动机当前的可靠性水平能给予更加科学的评价.      

基于RBF网络的航空发动机单神经元解耦控制

针对航空发动机多变量控制系统中各回路之间存在的耦合现象,提出了一种基于RBF网络辨识的航空发动机多变量单神经元网络解耦控制方法。对发动机的多个控制回路,采用多个RBF网络实时辨识各个回路发动机的数学模型,并将系统的灵敏度信息实时反馈给各回路的控制器,保证了单神经元网络控制器对各回路的准确控制,最终实现对发动机多回路的解耦控制。通过在飞行包线内的仿真,结果表明,该方法不依赖被控对象的精确模型,有效地实现了对发动机的解耦控制,而且具有良好的动静态性能,将其应用于航空发动机多变量解耦控制是行之有效的。     

试飞阶段可靠性评估方法及试验方案设计

提出将基于2参数威布尔分布的小子样零故障寿命试验方法用于航空发动机等高可靠性航空武器装备设计定型试飞阶段平均故障间隔时间评估以及可靠性专项试飞/地面试验设计,通过计算给出可靠性评估及试验设计系数用表;同时采用Matlab对航空发动机历史试验数据进行拟合,得到对应的形状参数;在此基础上,以某航空发动机为例对该方法工程应用的适用性和有效性进行验证。结果表明:该方法具有较强的工程应用性,可用于解决试飞阶段航空发动机等高可靠性产品可靠性评估及试验设计问题。     

基于模态切换的航空发动机容错控制

综合了航空发动机控制和故障诊断方法,设计了基于模态切换的任务级和发动机级模式的容错控制系统.任务级模式在发动机部件故障时,通过切换控制策略和控制模式达到恢复或降低发动机性能的要求;发动机级模式在控制回路失效时,根据故障情况切换到容错控制回路,从而保证发动机继续正常工作.数字仿真结果表明:在稳态或加速过程中出现部件故障时,容错控制系统都能够100%恢复发动机的推力;在发动机中间、慢车和节流状态下,当压气机转速控制回路失效时,容错控制系统能够在3s内平稳切换到风扇转速控制回路.      

航空发动机分布式控制系统技术分析及系统方案

分析了航空发动机分布式控制系统的系统结构、通讯总线、智能元件、高温电子元器件及分布式电源总线等领域的研究现状,并进行技术成熟度评估.结果表明:航空发动机分布式控制系统研究处于基础研究阶段,各项技术成熟度(TRL)主要处于TRL1~TRL2.针对某涡扇发动机提出基于TTCAN(时间触发控制器局域网协议)总线的过渡分布式和部分分布式两种控制系统方案,分析了各方案中系统结构、控制功能和信号交互特点,以期为航空发动机分布式控制系统进一步研究提供参考.      

FPGA-Based Independent Backup ControlSystem of Aero-Engine

An independent backup control system based on Field Programmable Gate Array (FPGA) is used to ensure air safety when the master control system of aero-engine breaks down. It can realize a smooth transition from the master control system to the backup control system, control the fuel flow and airscrew speed by setting the programmable logic in FPGA. This system can improve the reliability and safety of aero-engine. This paper proposed the general plan, operating principle, control algorithm, switching logic, channel synchronization and Built-In Test (BIT) of the backup control system. The research has been applied in a certain type of aero-engine control system and passed the rig test. Speed control error is less than 0.2% and fuel flow control error is less than 0.35%. During the channel switching, the fluctuation of the fuel flow control is within 1.5%. It turns out that the system works stably and meets the design requirements.     

基于时钟同步的航空发动机分布式试验测控系统的研究

本文应用基于NTP协议的时钟同步方法和主从服务器方式的时钟同步实现策略，研究了基于时钟同步的航空发动机分布式试验测控系统的层次结构与系统集成，并在航空发动机高空试验台多前端测控系统试验中获得了成功的应用。     

考虑性能退化的航空发动机故障诊断量化评估

航空发动机全生命周期内的故障诊断一直是研究的热点,为保障航空发动机在性能退化条件下故障诊断算法的可靠性,对考虑性能退化的航空发动机进行故障可诊断性量化评估有着重要的意义。本文从状态量的可测量性以及最优观测器设计两个方面对退化状态下航空发动机的滑动窗口模型进行解耦处理。从故障可检测及可隔离两个方面对故障的可诊断性进行量化评估,以巴氏距离为量化标准,将量化评估问题转换为多元分布概率距离求解问题。同时,从故障空间的角度对故障可隔离性进行定义,剥离了参考故障模式的影响,将可隔离性转化为故障空间中故障模式的固有属性,并给出航空发动机故障可检测及可隔离的判据。仿真实验证明,本文所提出的方法可以在发动机性能退化条件下对控制系统传感器、执行机构故障以及发动机气路部件故障进行可诊断性量化评估。     

基于T-S模糊模型的航空发动机非线性分布式控制系统故障诊断

针对航空发动机非线性分布式控制系统的故障诊断问题,首先提出了一种基于飞行包线划分的航空发动机非线性Takagi-Sugeno(T-S)建模方法,建立了具有网络诱导时延的航空发动机非线性分布式控制系统模型,然后将该系统视为离散切换系统,为其建立了具有时延补偿功能的故障观测器,给出了使得观测器误差系统渐近稳定的充分条件.故障检测仿真时间为20s,当第12s时,设定系统发生幅值为0.0025的阶跃型突变故障,仿真结果表明:12s之前,故障观测器保持渐近稳定,当第12s时,残差迅速增大并超过所设定阈值,从而检测到故障的发生.      

航空发动机电子控制系统的小型化SIP技术

针对电子装备小型化的需求,开展了对航空发动机电子控制系统的系统级封装(SIP)技术研究.以一个航空发动机电子控制系统设计为例,采用芯片堆叠结构,将多个裸芯片管脚用键合线引至电路衬底上的连接点,辅以印制板电路,构成完整的电路系统.通过设计优化和信号完整性仿真分析来控制信号质量,试验验证了在保证电路板信号质量的情况下,采用SIP技术,面积缩小约80%,质量减少约70%.研究显示系统级封装技术是未来航空电子控制系统小型化、高可靠的发展方向之一.      

基于贝叶斯模型平均的航空发动机可靠性分析

针对不同失效模式的特点,利用航空发动机状态监测信息,分别采用Gamma过程、Wiener过程和Weibull分布建立可靠性分析模型.采用贝叶斯模型平均（BMA）方法,分析不同失效模式对可靠性影响,对航空发动机可靠性进行集成分析.通过算例跟踪某在翼航空发动机可靠性水平,基于贝叶斯模型平均的航空发动机可靠性模型的计算误差率低于单一可靠性分析模型,计算结果误差率低于1%.说明多模型集成可靠性技术在复杂系统运行可靠性分析中的有效性和准确性.      

基于RVM回归误差补偿的航空发动机分布式控制系统多步预测控制

针对具有随机有界双侧时延的航空发动机分布式控制系统,提出了一种基于多步预测和关联向量机(RVM)回归误差补偿的控制方案.首先建立航空发动机分布式控制系统(DCS)的神经网络非线性自回归滑动平均(NARMA)模型,利用当前的系统输出和控制量对N步之后的系统输出进行预测;其次用改进的RVM回归多步预测算法估计NARMA模型的的预测误差,并对预测结果进行误差补偿;最后利用补偿之后的预测值和设定值对控制参数进行滚动优化,设计系统的神经网络逆控制器实现系统的自适应控制.仿真结果证明该控制策略能够避免随机有界双侧时延对控制系统的影响,实现对设定值的稳定跟踪,且控制器具有较好的实时性和鲁棒性.低压转子转速阶跃响应的稳态绝对误差小于0.04%,响应时间小于0.3s.      

一种基于FPGA的航空发动机独立超转保护系统

针对航空发动机超转故障,提出一种基于现场可编程逻辑门阵列(FPGA)的独立超转保护系统.介绍了系统的总体设计方案、超转判断方法及故障诊断方式.该系统采用双双余度结构,通过线性分类器和时间窗内加权表决判断方法,提高超转保护功能可靠性.通过3层级机内自测试(BIT)监视静默失效,满足适航要求.硬件在回路仿真平台试验结果表明:该系统超转判断准确可靠,并能在连续判断超转后进入锁定保护状态,有效避免超转事故的发生.目前,研究成果已应用于某型发动机全权限数字控制(FADEC)系统中.