传感器故障下的航空发动机机载自适应模型重构

利用航空发动机测量参数偏离正常工作情况下的变化量,可以估计发动机的非额定工作状况,并以此对机载模型进行校正,使其与真实发动机工作状况保持一致。建立了包含发动机性能蜕化因素的状态变量模型并对其进行了增广,设计了卡尔曼滤波器,根据可测输出偏离量对发动机性能蜕化值进行了估计,并将性能蜕化值用于修正发动机不可测输出参数。考虑了当某一传感器发生故障后,利用一簇卡尔曼滤波器对发生故障的传感器进行诊断并隔离,并依据剩余非故障传感器的信息对自适应模型进行重构。仿真结果表明,重构的自适应模型能够满足精度及实时性要求。      

基于参数线性组合的航空发动机气路健康参数估计

针对发动机上可用传感器个数小于待估计气路健康参数个数时的卡尔曼滤波估计问题,采用一种健康参数线性组合的方法。通过迭代搜索方法优化得到最优变换矩阵,对原健康参数进行线性组合,生成一组维数等于可用传感器个数的调整参数向量,然后采用卡尔曼滤波器对调整参数向量进行估计,最后通过还原变换得到原健康参数的估计值。以涡扇发动机为研究对象的仿真结果表明,在风扇、压气机的效率以及涡轮效率和流量分别或同时蜕化2%到3%时,该方法能够准确估计出所有的健康参数,而估计参数子集法的估计结果有可能出现明显偏差,甚至误判。     

某型发动机防喘/消喘控制系统分析研究

某型发动机研制过程中,防喘/消喘控制系统是其设计的薄弱环节及影响安全的关键之处。为解决这一问题,利用某型综合电子调节器及内外场专用设备对其防喘/消喘控制功能进行了详细的研究分析。研究表明:发动机防喘判据应根据发动机高压压气机转速和发动机进口压力进行动态修正,同时,应对系统采取一定保护措施,以提高系统工作的可靠性和安全性。      

一种航空发动机相似多变量控制方法

推导了航空发动机线性二次型调节器(LQR)方法相似化公式,分析并指出了存在的问题:(1)在高空低马赫数时,系统响应速度太慢,无法满足快速性要求;(2)在低空高马赫数时,控制增益太高,这一方面可能导致执行机构饱和,另一方面会使控制器在噪声、滞后等干扰情况下性能变坏。本文对相似LQR控制进行了改进,在一定程度上解决了上述问题。本文还证明了改进的相似LQR控制的稳定性,并将其推广至增广LQR方法。      

金属膜盘联轴器轴向振动特性研究

为研究金属膜盘联轴器的轴向振动特性,分别通过有限元计算和试验方法分析了金属膜盘联轴器的轴向拉伸刚度、轴向压缩刚度和轴向固有频率。根据分析结果,对某型膜盘联轴器开展了在运转条件下的轴向振动测试。结果表明:金属膜盘联轴器的轴向拉伸刚度和压缩刚度均呈现明显的非线性特性。在某型联轴器的工作转速范围内存在轴向振动固有频率,但仅在使用转速激励,且在联轴器的轴向固有频率下运转,联轴器才不会发生轴向共振。     

涡扇发动机气路传感器故障诊断

为了实现对某涡扇发动机传感器故障的在线诊断,提出并设计了1种基于在线贯序极端学习机的故障诊断算法。其核心思想是在定位某传感器故障后,在线建立针对该故障传感器"预学习"的信号重构算法,解决多故障混叠问题。在线信号重构算法以泛化能力指标为判定条件,利用选择策略对算法网络权值进行选择性更新,提高了故障诊断系统的实时性。以某型涡扇发动机为对象开展了传感器故障诊断与重构仿真,结果表明:该算法能够对发动机单、双传感器故障进行准确地诊断与信号重构,且具有良好的实时性。     

航空发动机闭环起动系统设计及试验验证

针对某型航空发动机在使用过程中存在的地面起动性能不佳、需要频繁调整和空中起动边界较小的问题，提出一种在 开环起动系统的基础上叠加供油修正系统后形成闭环起动系统的方法。在保证燃油接口不变的约束下，通过借用原有油源及增加电液转换指令相结合的方式改进设计了一种带燃油流量修正功能的起动装置，利用数字电子控制器的计算能力，采用基于转速升高率的PID控制算法实现了发动机的闭环起动。结果表明：在平原机场地面起动成功率达到99.8%，在高原机场地面起动不经调整或经过1次适应性调整就能保证发动机可靠起动，空中惯性起动包线左扩100 km/h，空中风车起动包线左扩50 km/h，大幅度提高了发动机的起动成功率，有效减少了因大气温度或海拔高度变化进行调整的工作。     

超燃冲压发动机推力控制系统仿真研究

超燃冲压发动机是最具发展潜力的高超声速飞行器动力装置,具备性能优良的推力控制系统才能保证飞行器的安全自主飞行。为了实现在不同马赫数下的推力特性数值分析,根据飞行坡面建立由前体、进气道、隔离段、燃烧室和尾喷管组成的发动机模型,并通过发动机进、出口的气流动量变化来推算发动机推力。同时为保证推力系统的稳定,根据经典控制算法设计了燃油内环PD控制回路和推力外环PI控制回路。闭环仿真结果表明:该推力控制系统的控制效果良好,能较好地模拟真实控制回路。     

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。     

基于dSPACE的性能寻优控制工程应用研究

发动机性能寻优是提高飞机效能的方法之一,其先进控制模态能够综合飞机和发动机的信息,在安全运行的前提下,实现发动机某项或综合性能指标的最优。为提高飞机效能,本文在对飞行/推进系统性能寻优控制理论及现有成果的学习基础上,通过最小二乘法求取线性模型,获得较为精确的全包线推进系统矩阵,从而确定线性小区间内性能指标和约束条件的线性表达式,进而将发动机性能寻优问题表述成线性规划问题,通过单纯形法获取寻优模式下的各项性能指标。从验证性能寻优控制算法工程可行性的角度出发,将性能寻优程序模块嵌入到数控系统中;在dSPACE设备上搭建快速控制原型仿真平台,进行了实时仿真验证,仿真结果能够获得预期的指标优化结果。研究表明:性能寻优算法在工程应用上具有可行性及有效性。