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。     

基于样条曲线的压气机特性内插算法研究

针对压气机特性曲线中未知转速数据难以精确计算问题,提出了基于样条曲线的内插算法。在分析压气机性能曲线特点基础上,通过制作压比/效率-流量、流量-转速2组辅助线,并使用样条曲线对其进行拟合,基于拟合结果计算测试转速下的特性数据,进而完成了对某型压气机压比/效率特性的内插计算。结果表明:基于样条曲线的内插算法比RBF神经网络算法准确性更高,并具有良好的工程应用价值。     

一种基于神经网络的航空发动机剩余寿命预估方法

针对航空发动机剩余寿命预估中模型建立困难且计算精度低等问题,提出了一种基于卷积神经网络和长短期记忆神经 网络进行航空发动机剩余寿命预估的方法。利用卷积神经网络中的卷积层与池化层提取传感器数据中的特征,并依据卷积层提 取出的特征,利用长短期记忆神经网络进行时间序列预测,并使用全连接层输出航空发动机剩余寿命。在NASA的C-MAPSS提 供的涡扇发动机退化仿真数据集上对该方法进行了验证。结果表明：基于卷积神经网络和长短期记忆神经网络的航空发动机剩 余寿命预估方法,可以在保证预测精度的前提下,对航空发动机剩余寿命进行较为保守的预估,在保证资源不被浪费的情况下,尽 可能提前发出故障预警信号,从而提高飞行的安全性,进而为航空发动机健康管理系统提供有用信息。该预测方法在对称指标和 非对称指标上均优于此前提出的方法。     

基于模型的FADEC软件结构覆盖率分析

结构覆盖率分析是基于需求测试的补充和完善,能够发现软件中是否存在预期外的功能.在基于模型的软件开发过程中,模型覆盖率代替了传统的代码覆盖率,运用模型检查技术自动生成测试用例是形式化方法在模型覆盖率测试中的主要途径,涵盖了判定覆盖(DC)、条件覆盖(CC)、修改条件/判定覆盖(MC/DC)等多种方式.以航空发动机FADEC软件开发过程中的一个实际案例为例,结合Simulink Design Verifier分析验证工具,检验其生成的用例对模型的覆盖率,表明方法的实用性.     

一种应用于航空发动机全权限数字电子控制系统的解算器处理技术

针对航空发动机全权限数字电子控制(FADEC)系统中解算器信号处理电路存在精度低、温漂大、响应慢、判象困难等缺点,提出一种基于现场可编程门阵列(FPGA)的解算器处理技术,采用DDS激励、模拟积分器、象限判断器等实现信号的调制解调,采集误差不超过0.208‰,温漂不大于0.1‰,谐波干扰影响仅为0.03‰,响应速度达到两个周期以内,克服了激励和反馈相位差的影响,实现了四象限判断。     

基于特性数据的燃气涡轮发动机修正方法

针对燃气涡轮发动机部件特性不匹配造成的模型计算参数与实际试车参数之间的误差问题,提出一种基于特性数据的 燃气涡轮发动机部件特性修正方法。通过变缩放参考中心依次对设计点、慢车点进行整体修正,实现特性图在整个工况范围内的 大致覆盖。通过局部修正非设计点所在的由相邻等转速线和β线所确定矩形域的特性数据,并采用插值法和拟合椭圆曲线法对 等转速线的其他数据点进行补充修正,得到与试车数据匹配的特性图。以涡扇发动机为研究对象进行仿真验证,结果表明：所提 出的特性修正方法能准确、快速地对发动机部件特性进行修正,与试车数据相比,修正后的模型各稳态点误差精度均在1.5%以 内,满足工程精度需求,可用于发动机控制系统研究。     

基于卡尔曼滤波器和遗传算法的航空发动机性能诊断

以某型涡扇发动机为研究对象,构建了基于卡尔曼滤波器和遗传算法的航空发动机性能诊断方法。卡尔曼滤波器根据发动机可测参数偏离额定特性时的变化量,对发动机性能参数进行了估计。当传感器存在测量偏差时,会使滤波器估计结果偏离真实情况。遗传算法以机载模型输出与发动机测量参数之间的误差最小为目标,通过优化计算,找出存在测量偏差的传感器,确定其偏差,并最终消除测量偏差对性能诊断的影响。     

航空发动机零点配置/回路传函恢复方法的改进

为了对零点配置／回路传函恢复（ZP／LTR）方法无法保证闭环系统稳定性的缺陷进行改进，在设计过程中引入了Kalman滤波器，通过选取特殊的参数，使Kalman滤波器回路逼近并取代原目标回路，从而在保留ZP／LTR方法性能的同时，通过保证Kalman滤波器回路的稳定性保证了最后闭环系统的稳定性。研究还证明了如果按文中方法选取参数，则所得的Kalman滤波器回路是稳定的，从而最终保证了闭环系统的稳定性。最后的实例验证了所得的结论。     

基于基排序的推力矢量飞机控制分配方法

为了解决推力矢量战机存在的执行机构冗余和气动/矢量操纵面协调控制问题,基于过驱动控制理论及控制分配理论, 提出一种基于基排序的操纵面调度管理分配算法。综合推力矢量飞机各型操纵面的物理特性差异、转矩可达集大小、推力矢量工 作时间限制等因素,划分基控制组。采用优先级为主气动控制组、辅助气动控制组、推力矢量控制组的3级串接链分配构型,按指 令幅值依序调度各级操纵面。结果表明：算法分配过程清晰灵活,飞行控制品质优良,对飞行任务与操纵面故障适应性强,可保证 战机高效完成各项任务。相较于传统伪逆方案,新算法在典型“眼镜蛇”机动过程中,削减矢量偏转工作时长超50%,降低最大偏 转角超3°。该算法可规避传统分配方法无差别调度气动/矢量操纵面的缺陷,优化推力矢量启用时间,有效解决飞机操纵能力扩 展与矢量装置寿命平衡的矛盾。     

基于SCADE的FADEC软件通用基准模型库开发

在航空发动机全权限数字电子控制（FADEC）软件研制过程中,可重用基准模型库的开发和使用是提升软件研发效率和 质量的重要技术手段。为了提升FADEC软件复用效率,加快软件研发进程和适航认证,在分析模型库相关指南和规范的基础上, 结合工程实际的需要,完成FADEC基准模型库的设计和验证,以三角函数类、方根类、滤波类和余度表决类4种典型类型为对象, 通过泰勒定理、牛顿迭代和离散化等数学理论和自动控制理论进行机理分析,基于安全关键软件开发环境（SCADE）建模仿真工具 完成模型库设计,通过对比仿真、模型测试和形式化验证方法等完成模型库验证。结果表明：该基准库支撑了多个FADEC软件项 目的研制,其正确性和可靠性已在各项工程试验中得到反复检验,具有十分重要的工程价值,所提出的模型库设计和验证方法也 具有一定的借鉴意义。