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.      

基于DSP和CAN的航空发动机分布式控制系统设计

航空发动机控制系统发展趋势是分布式控制系统,本文提出了基于DSP和CAN总线的航空发动机分布式控制系统设计.设计中,用工控机模拟航空发动机电子控制器(EEC);智能传感器和执行机构的控制核心采用DSP芯片;通讯总线选用CAN总线.论文阐述了航空发动机电子控制器与各智能传感器和执行机构的软硬件设计、CAN总线通讯的实现方法.在实验室条件下实现了整个发动机控制系统的物理仿真,仿真系统初步满足了分布式系统控制要求,为航空发动机分布式控制系统的研究奠定了基础.     

航空发动机分布式控制系统结构分析

对近年来航空发动机分布式控制系统的研究作了简要分析。重点分析了航空发动机分布式控制系统的结构、功能和优点;比较了几种分布式数据总线和电源总线的优缺点,并指出了适用于航空发动机分布式控制系统的数据总线和电源总线选择;分析了发动机运行环境对开发分布式控制系统的影响,并提出了可能的解决方案;指出了开展航空发动机分布式控制系统研究的重要性和未来的发展方向。      

航空发动机分布式控制系统综述

分布式控制是航空发动机控制发展的重要方向之一。分析了分布式控制在航空发动机控制中的应用 ,对航空发动机分布式控制系统的结构、总线技术及智能装置等关键问题做了系统阐述。     

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。     

嵌入式分布式架构下航空发动机模型预测控制方法研究

传统集中式架构和离线设计控制器的方法已经很难满足航空发动机复杂多变、全生命周期控制需求。本文提出了一种部分分布式架构的涡喷发动机模型预测控制方法，并进行了鲁棒性分析：采用改进的组合线性模型求解方法，在保证精度的前提下大幅缩短求解时间，解决了发动机多变量线性状态空间模型求解问题；设计了基于线性模型预测控制的涡喷发动机控制器，解决了含有约束条件下发动机动态性能优化问题；考虑到分布式控制系统具有总线网络通信特性，建立了以网络工具箱模拟总线网络的分布式控制系统仿真平台，解决了存在总线网络丢包情况下的分布式控制系统鲁棒性分析问题；采用多节点模块化设计方法，设计并搭建了分布式控制系统硬件在环仿真平台并采用嵌入式矩阵运算优化方法，解决了模型预测控制算法在嵌入式平台上的应用问题。试验表明：模型预测控制的效果优于传统PID控制效果，有效地提高了发动机的动态响应；同时，在存在网络丢包情况下，本文所设计的基于模型预测控制的分布式控制系统依然具有稳定的控制效果和鲁棒性。     

小型涡扇发动机分布式控制系统总线触发机制研究

为分析比较2种总线触发机制(时间触发和事件触发)对航空发动机实时控制的影响,以某小型涡扇发动机为对象,采用智能节点型分布式结构,构建了其分布式控制系统数字仿真平台;利用True Time/Matlab工具箱展开网络实时仿真研究,系统各节点通过CAN总线进行数据通信。以此仿真平台为基础,对2种触发机制下发动机的转速响应以及对应的时延统计结果表明:在事件触发机制下发动机转速超调量比时间触发机制下的大2.32%;在不同网络负载下,在事件触发机制下的时延大小和尖峰数均大于在时间触发机制下的。最终认为时间触发机制更适合于航空发动机分布式控制系统。     

涡轴发动机分布式控制系统传感器故障诊断技术

为满足航空发动机分布式控制系统的故障诊断需求,重点解决分布式控制系统中总线通信时延对传统故障诊断措施效果的影响,提出了一种新的航空发动机分布式控制系统故障诊断方法。针对航空涡轴发动机,搭建了包含随机时延的分布式控制系统数学模型,利用等价空间法（PSM）设计故障诊断滤波器组。并将改进的故障诊断方法与传统的基于Kalman滤波器组的方法进行对比仿真验证。结果表明,基于PSM算法所设计的故障诊断滤波器组,在对包含随机时延的涡轴发动机分布式控制系统进行传感器故障诊断中,能有效降低时延所引起的故障指示信号跳变幅度。证明此方法能够减少通信时延导致故障误判的情况,提高发动机分布式控制系统故障诊断的准确率。     

航空发动机多电分布式控制系统故障诊断与容错关键技术综述

针对未来航空发动机需求，结合多电分布式控制特点和优势，基于先进算法，开展了多电分布式控制系统故障诊断与容错关键技术研究。首先从航空发动机分布式控制系统、多电发动机、故障诊断与容错控制方法和硬件在环仿真平台搭建4个方面对国内外航空发动机多电分布式控制系统故障诊断与容错技术进行梳理，总结了多电分布式控制系统故障诊断与容错的关键问题；之后提出了多电分布式控制系统的故障诊断与容错架构设计、基于模型的故障诊断与容错方法、双主动冗余电机控制系统故障诊断与容错方案、基于深度学习的电力作动器故障诊断与容错方案和硬件在环仿真平台搭建的关键技术；最后对航空发动机多电分布式控制系统故障诊断与容错未来的发展趋势进行展望。     

直升机航空总线试飞测试数据采集处理

根据不同的用途,现代直升机上装备了各种先进的分布式航空电子系统,包括飞控系统、组合导航系统、综合信息显示系统、发动机控制系统、防撞系统、火控系统、稳描系统等。试飞中,需要对电子总线进行数据采集和监控,来验证各航空电子系统的性能,进行故障和问题分析,保障飞行安全监控。电子数字总线上传输的大量数据需要测试,这些数据在直升机试飞测试数据中所占的比例越来越大,凸现出航空电子系统的试飞测试的重要性。本文论述了有关构建航空数字总线试飞数据分析处理系统的技术。     

片上总线型PowerPC系统控制器的FPGA设计

介绍了PowerPC系统控制器两种结构中IP互连和复用的优缺点,分析了片上总线型系统控制器的各子模块结构,采用硬件描述语言（HDL）描述该控制器功能,并采用Modelsim进行仿真,最后进行了FPGA原型验证。验证结果表明,采用片上总线结构的系统控制器不仅能实现预期功能,还解决了IP互连问题,提高了IP的可复用性。     

满足航电通信系统要求的ACE-MBI设计

多路传输总线通信接口(MBI)是航空电子系统的通信基石,航空电子系统的任一分系统都要通过MBI才能进入1553B通信系统中.在MBI中最关键的器件是1553B协议芯片.本文详述了采用BU-61586芯片设计的与型号任务使用的UT-MBI兼容的新MBI的设计方案.     

飞机MIL-STD-1553B总线的测试系统

从MIL -STD - 1 5 5 3B总线在综合航电系统的作用入手 ,分析了国内外总线测试系统的功能和特点 ,并针对将来飞机航电系统设计及发展的方向 ,提出了一种新型的MIL -STD - 1 5 5 3B总线测试系统的设计思想     

1553B总线接口SoC设计相关问题研究

随着电子技术的发展,实时系统对其数据总线接口的要求也越来越高.在深入研究1553B总线接口技术及协议的基础上,设计并研制了1553B总线接口SoC,该芯片自带微处理器,支持多种主机接口,可通过模式选择适配多种局部总线.同时针对所设计的SoC提出了一种通信软件的设计实现方法,该软件完成传榆层和驱动层功能.通过多种测试证明该芯片完全符合MIL-STD1553B协议,满足实时系统通信要求,具有较高的通用性、可靠性和较高的功能、性能密度.     

SPWM 控制算法的Matlab 仿真和失真度分析

针对航空发动机数字电子控制器的实时性和高性能要求,需保证数控系统中的传感器激励信号的高精度和低失真度,使传感器提供更准确地反馈信号以参与航空发动机数控系统的控制。基于数字电子控制器的硬件实现,分析和总结了在航空发动机数控系统中常见的传感器激励信号的发生方法,计算出了几种方法中对应的开启和关闭时间,并指出了各种方法的优缺点。最后提出了1种在硬件实现前的准确、可行的针对SPWM激励波形的仿真方法。详细描述了利用SPWM技术发生正弦信号的基本原理和几种常用方法中正弦信号的实际输出值对于理想输出值的逼近方法,并着重阐述了利用Matlab数学工具仿真生成SPWM信号及计算其失真度的方法,最后得出各种方法的实际输出效果。     

便携式进气道斜板控制系统检测仪的研制

从硬件设计和软件设计两方面 ,简要介绍了以嵌入式PC1 0 4计算机为测控平台 ,开发便携式调板控制系统检测仪的基本方法     

飞机防滑刹车系统数字控制器的设计

提出了一种飞机防滑刹车数字控制器的设计方法。数字控制器采用离散化的速度差加偏压作为控制算法，并由软件加以实现；对飞机刹车过程中可能遇到的干扰做了相应的处理，使系统始终都能保持稳定可靠的性能。试验表明，数字控制器有效地提高了刹车效率，增强了系统的鲁棒性。     

虚拟仪器在1553B总线通信系统中的应用

现代航空通信系统大多建立MIL－STD－1553B多路传输数据总线通信网络基础上，应用于1553B总线通信系统中的虚拟仪器技术实时监控／回放总线信息，分析故障原因，协助验证总线设计。本文就虚拟仪器在1553B总线通信系统中的应用进行了初步探讨。     

采用两台微计算机的电力传动控制系统

 本系统采用了两台微型计算机并行工作。TMS320以极高速度实现各种算法,而以M68000为CPU的计算机系统则完成人机对话、系统管理及计算控制参数等任务。两者通过VME总线协调工作,实现对中功率电力传动装置的调速控制。本计算机系统将功能强两速度不够快的微机与速度快但功能弱的微机并行工作,使各发挥长。对于复杂而高速的数据处理或控制任务,是一个可供参考的计算机并行处理方案。     

航空发动机三冗余数字控制器软件设计

所设计的控制器由3个完全相同的控制通道构成,每个控制通道的硬件系统由2片TI公司的TMS320F2812DSP及其外围电路组成,其中的1片主要用于控制律计算、控制量输出,同时兼顾部分数据采集,另1片用于余度数据管理、数据采集以及部分控制量输出;软件系统是在TI公司的集成开发环境CCS2.1平台上用C 代码编写的。2套DSP软件程序由时序逻辑及任务调度、数据采集、通信、余度数据管理、控制律计算、结果输出和过程数据保存等模块,经优化组合而成。该系统较单冗余和双冗余系统具有更高的可靠性。