燃气涡轮发动机加减速控制计划最优设计方法

提出了一种燃气涡轮发动机加减速控制计划最优设计方法.该方法在发动机过渡态性能模型的基础上,变换描述发动机过渡态性能非线性模型中的自变量,最终实现过渡态控制计划的优化设计.以某型双轴混排涡扇发动机的加速过程为例,使用该方法规划得到了满足其加速过程限制的最优控制计划.将得到的控制计划代入发动机过渡态性能模型中进行验证.整体相对优化误差在0.1‰量级,表明该方法具有设计精度高、使用简单等特点.      

涡轴发动机闭环过渡态控制规律设计

为实现对发动机过渡态的精确控制、减弱过渡态过程对发动机寿命的影响,本文建立了适用于自由涡轮涡轴发动机过渡态控制规律设计的功率提取法模型,并在全飞行包线和全寿命周期内,对涡轴发动机闭环加减速控制规律设计方法进行了研究。     

涡扇发动机加减速控制规律设计的定状态法

为便于开展涡扇发动机过渡态控制规律的正向设计,提出了一种基于模型的定状态控制规律设计方法。通过固定发动机加减速过程中的转速状态量,逆向求解满足物理约束条件的最优燃油量,获得发动机最优加减速控制规律。以某涡扇发动机为例,使用该方法基于部件级模型动态仿真分别设计了发动机过渡态开环油气比控制规律与闭环转子加速度控制规律,结果表明:两种控制规律仿真结果基本一致,满足最短加减速时间的要求,发动机高、低压转速仿真曲线与设计状态一致,发动机涡轮出口总温、燃烧室余气系数和喘振裕度等主要参数均未超限,验证了所提出的涡扇发动机加减速控制规律定状态设计方法的正确性和有效性。      

变循环发动机模态转换建模及控制规律设计方法研究

为了实现变循环发动机快速可靠的模态转换,本文发展了变循环发动机模态转换过渡态模型及控制规律设计方法。在变循环发动机动态数值仿真程序的基础上,针对模态选择阀与涵道引射器这两个模态转换过程中的关键变几何部件,建立了高精度的气流突扩局部损失模型。首次提出了可考虑模态选择阀堵塞对发动机性能影响的模态选择阀堵塞模型,消除了由于模型不精确造成的模态转换参数波动。在建立的变循环发动机数学模型的基础上,提出了基于直接推力控制技术的模态转换控制规律设计方法,考虑了变循环发动机的8个可调参数,采用差分进化算法对模态转换过程进行了优化。结果表明,本文提出的模态转换控制规律设计方法可以实现变循环发动机快速平稳的模态转换,双外涵转单外涵的参数变化规律与单外涵转双外涵的参数变化规律基本类似,推力在0.6秒就稳定在目标推力值,其余参数大多在1.4秒之后才趋于稳定。本文提出的变循环发动机模态转换控制规律设计方法还可应用于常规航空发动机的加/减速过渡态控制规律设计中。     

变循环发动机过渡态性能直接模拟方法

为了实现多变量可调的变循环发动机（VCE）过渡态性能模拟和控制规律设计,在稳态逆算法和过渡态性能隐式格式计算方法的基础上开发了变循环发动机过渡态直接模拟方法。在稳态逆算法模型中加入容积效应和转子动力学方程,实现了同时给定加速率、涡轮前温度和压缩部件工作点的条件下直接模拟计算过渡态过程中变几何参数和燃油流量的调节规律,验证了方法的精度和可行性,并将该方法用于变循环发动机转模态性能模拟和控制规律设计。计算结果表明,过渡态直接模拟方法的误差在0.58%以内,超声速巡航状态下由单外涵模态转换到双外涵模态的时间约为1 s,海平面静止状态下双外涵转单外涵的时间约为3 s,且推力、转速、涡轮前温度、喘振裕度等参数过渡平稳。该方法可简化转模态控制规律设计流程,并提高设计精度。     

基于梯度法和最大熵方法的变循环发动机加速控制规律设计

为了解决变循环发动机(VCE)加减速控制规律设计问题,提出了一种基于梯度法和最大熵方法的VCE加速控制规律优化设计方法.通过求加速时间对几何变量的导数确定几何变量调整的方向和步长,逐步得出加速过程的几何调节规律.计算VCE加速过程时,采用过渡态直接模拟方法保证发动机的喘振裕度、燃烧室油气比和涡轮进口总温均满足约束条件....     

基于实时模型的涡扇发动机加速供油规律设计方法

针对某型涡扇发动机建立了实时模型,并将实时模型计算与试验结果进行了对比,得出该实时模型对模拟航空发动机加速过程具有一定的精度。通过改变航空发动机加速过程控制逻辑,并引入压气机裕度这一限制条件,获得了1种航空发动机加速供油规律设计方法。在实时模型中采用该方法,能够快速准确地获得航空发动机的加速供油规律;同时能够直观地得到航空发动机加速过程的动态特性。结果表明:通过验算得到设计的加速供油规律符合航空发动机加速要求。     

吸气式空气涡轮冲压发动机的过渡态性能

为计算吸气式空气涡轮冲压(air-turbo-ramjet,ATR)发动机过渡态性能,建立了ATR发动机过渡态模型.通过与传统涡喷发动机供油原则对比得到了ATR发动机供油应遵循的规律,计算得到了给定供油规律下的ATR发动机加减速性能.结果显示ATR发动机在供油规律选择上更加灵活,并能很好地满足喘振裕度的要求.根据ATR发动机自身特点,在补足低转速特性后,本模型可直接模拟ATR发动机起动过程.      

参数限制对涡轴发动机过渡态控制的影响

通过研究涡轴发动机的限制参数,提出了涡轴发动机控制系统中可能采用的限制规律并建立了一个带多种限制模块的数字控制器,以某型涡轴发动机数学模型为控制对象,对带限制参数和不加限制的过渡态控制进行了仿真对比,给出了地面和空中的仿真结果,结果表明不同的限制参数组合会对发动机的过渡态性能产生不同的影响,在控制系统中合理选取限制参数及限制值能够优化发动机过渡态性能。      

一种具有自刹车功能的加速供油规律设计方法

为了解决某型发动机在地面高温天气条件下加速性调整困难的问题,提出了一种具有自刹车功能的加速供油规律设计 方法。其主要设计思想为：在未满足加速性判断指标要求前,尽可能多地供油以提高加速性;当满足加速性判断指标后,依据其与 控制目标值的接近程度,逐步减少加速供油量进行自刹车,直至发动机转速上升率降至PID控制参数可控范围内,最终由PID控制 算法控制至目标值。根据此设计方法编制出相应的控制逻辑,并利用基于迭代算法的过渡态模型进行仿真验证。结果表明：在原 有PID控制参数完全保持不变的情况下,采用该设计方法可以有效地将发动机加速时间缩短0.3～0.5 s,保证加速过程满足过渡态 指标和稳定裕度的要求,有效地解决了该型发动机加速性调整困难的问题。     

An extrapolation approach for aeroengine’s transient control law design

Transient control law ensures that the aeroengine transits to the command operating state rapidly and reliably. Most of the existing approaches for transient control law design have complicated principle and arithmetic. As a result, those approaches are not convenient for application. This paper proposes an extrapolation approach based on the set-point parameters to construct the transient control law, which has a good practicability. In this approach, the transient main fuel control law for acceleration and deceleration process is designed based on the main fuel flow on steady operating state. In order to analyze the designing feature of the extrapolation approach, the simulation results of several different transient control laws designed by the same approach are compared together. The analysis indicates that the aeroengine has a good performance in the transient process and the designing feature of the extrapolation approach conforms to the elements of the turbofan aeroengine.     

Robust LPV modeling and control of aircraft flying through wind disturbance

This article deals with the disturbance attenuation control of aircraft flying through wind shear via Linear Parameter Varying(LPV) modeling and control method. A Flight Dynamics Model(FDM) with wind shear effects considered was established in wind coordinate system. An LPV FDM was built up based on function substitution whose decomposing function was optimized by Genetic Algorithm(GA). The wind disturbance was explicitly included in the system matrix of LPV FDM. Taking wind disturbance as external uncertainties, robust LPV control method with the LPV FDM was put forward. Based on ride quality and flight safety requirements in wind disturbance, longitudinal and lateral output feedback robust LPV controllers were designed respectively,in which the scheduling flight states in LPV model were actually dependent parameters in LPV control. The results indicate that LPV FDM can reflect the instantaneous dynamics of nonlinear system especially at the boundary of aerodynamic envelope. Furthermore, the LPV FDM also can approach nonlinear FDM's response in wind disturbance special flight. Compared with a parameter-invariant LQR controller designed with a small-disturbance FDM, the LPV controllers show preferable robustness and stability for disturbance attenuation.     

基于LQR的飞机纵向控制律设计

介绍了最优二次型理论 LQR,以及加权矩阵 Q的选取。建立了某型固定翼飞机的纵向小扰动方程,利用显模型最优二次型法设计了飞机的纵向控制律,对飞机的 C*响应进行了改善。利用低阶等效系统方法,对飞机的法向过载和俯仰角速率进行拟配,并对设计的控制律进行飞行品质的评价,仿真结果表明所设计的控制律符合 而现代控制理论可以得到系统的状态变量模型,相比éêê ê? GJB 185-86的相关规范。     

功率提取法在涡喷发动机起动特性模拟及控制规律设计中的应用

针对涡喷发动机起动控制规律的特点,将涡轮发动机加、减速控制规律设计的功率提取法模型,应用于航空涡喷发动机起动控制规律的设计.结合低转速部件特性预测方法和改进的功率提取法,给出了涡喷发动机起动控制规律设计的约束条件和设计步骤.该模型可以用于起动带转过程中起动机带转功率的预测,以及全包线范围内、全气候条件下的涡喷发动机起动控制规律的快速、准确设计.计算结果表明,根据功率提取法模型设计的起动控制规律与实际的发动机起动控制规律吻合较好,该方法具有较好的工程应用价值.      

无人机编队构成的分散最优控制方法研究

针对无长机带领、具有固定无向通信拓扑的无人机编队构成控制问题,提出了一种基于"相邻"无人机状态反馈的分散最优控制方法。该方法采用Laplacian矩阵描述编队通信结构,以"相邻"无人机与编队构型间的相对状态误差构建分散最优控制模型,并通过求解具有LMI约束的线性目标最优化问题得到编队各无人机的分散最优控制律。该方法使得多无人机在分散协同的前提下,基于局部信息快速准确地形成预定编队构型,达到运动方向和速度的一致性。仿真实验验证了该方法的有效性。     

加速度反馈的隐式动态逆鲁棒非线性控制律设计

针对常规显式非线性动态逆(NDI)控制鲁棒性差的问题,综合隐式动态逆和奇异摄动分层设计,引入状态速率（导数）反馈和操纵面的当前位置信号反馈,设计了隐式增量形式的动态逆控制律。控制律中不显含基于标称模型的非线性直接状态反馈,不需要完整的飞机气动力模型,降低了控制律对于模型的敏感度。利用过载测量信号,采用几何的方法,构建了角加速度信号,对于其他状态速率信号,基于飞机动力学方程,以代数计算的方法求解得到。控制律结构简单,当飞机存在外形损伤、舵面失效或传感器失效时,能够迅速实现测量信号的隔离、反馈信号的重建和控制的重新分配和控制律重构。针对某飞机进行控制律设计和数值仿真,结果表明在存在气动力摄动的情况下,控制律具有良好的鲁棒性。     

飞机机动飞行的非线性解耦控制研究

本文针对12维非线性飞机动力学模型,利用非线性逆动力学理论和现代最优控制理论设计了一组含有指令静差积分环节的非线性解耦控制规律。这组控制规律使得对状态变量、控制变量以及它们变化率进行加权约束的性能指标极小,并能用平缓的操纵反应和较小的控制能量使飞机达到完全解耦的指定状态。由于这组控制规律计及了飞机动力学模型中的非线性因素,能够弥补飞机机动飞行时非线性特性的恶化影响,在整个飞行包线内都能为飞机提供优良的操纵品质和飞行性能。     

飞行器神经元控制系统的研究与设计

提出了一种基于神经元网络的飞行控制系统设计方法 ,该方法设计的神经元飞行控制器具有良好的鲁棒性 ,使飞行器在整个飞行包络内都能保持某种最优的操纵品质。给出的计算机仿真结果显示出神经元网络作为飞行控制器在处理飞行器参数大范围变化的非线性特性方面具有潜在的优良品质     

大气层外拦截变结构导引律

讨论了大气层外空间飞行器拦截的变结构导引律问题。从变结构控制理论出发 ,按照最终零控导引拦截的要求 ,确定切换函数 ,利用趋近律控制方法改善控制过程品质的特点 ,导出一种具有强鲁棒性的空间拦截导引律。最后给出了在具体条件下的仿真结果 ,并与比例导引律、最优导引律作了比较