涡轴发动机建模与扭矩加载控制技术研究

发布时间：2017-11-01 13:34

  本文关键词：涡轴发动机建模与扭矩加载控制技术研究

  更多相关文章： 涡轴发动机 数学模型 扭矩 双发 实物在回路仿真

【摘要】：实物在回路仿真试验是航空发动机控制系统研制过程中的关键环节,具有效率高、风险低、成本低等优点。针对当前涡轴发动机控制系统仿真试验和台架试验对扭矩加载控制技术的迫切需求,本文基于发动机数学建模与控制技术,对涡轴发动机扭矩加载控制技术进行研究,并在转子系统状态监视与健康管理综合试验台开展验证试验。首先,通过分析涡轴发动机的部件气动热力特性,建立了发动机部件级数学仿真模型。在此模型的基础上,针对涡轴发动机的控制需求,分别对发动机稳态、过渡态控制规律以及双发扭矩平衡控制策略进行设计,并通过数字仿真验证其控制效果。然后,根据转子系统状态监视与健康管理综合试验台的电气配置,分析变频器、电涡流测功机等硬件设备的工作原理,开发了一种基于ARM的扭矩加载控制器。该控制器选取TM4C微控制器为CPU,以功率MOSFET为功率驱动器件,基于RTX实时操作系统,利用PI算法,实现了对电涡流测功机扭矩加载的闭环控制。针对试验过程中出现的电磁干扰问题,在分析电磁干扰产生机理的基础上,提出了相应的抑制措施。其次,通过分析OPC技术的工作机制,以Visual C++为开发平台,设计了基于定制接口访问数据的OPC客户端程序,实现了发动机数学模型与试验设备之间的数据交换。测试结果表明,OPC客户端程序能较好的满足试验系统对数据的实时性要求。最后,通过分析涡轴发动机负载模拟试验和双发扭矩平衡仿真试验的需求,详细描述了试验系统的组成原理、控制方案及各部分的实现方式,并对试验结果进行了深入分析。
【关键词】：涡轴发动机 数学模型 扭矩 双发 实物在回路仿真
【学位授予单位】：南京航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：V235.12
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-14
• 第一章 绪论14-21
• 1.1 研究背景14-15
• 1.2 航空发动机建模与控制技术的发展15-18
• 1.2.1 航空发动机数学建模技术的发展15-16
• 1.2.2 航空发动机控制技术的发展16-18
• 1.3 实物在回路仿真的应用18-19
• 1.4 本文的主要研究工作19-20
• 1.4.1 研究目的19
• 1.4.2 需求分析19
• 1.4.3 研究思路19-20
• 1.5 本文的内容安排20-21
• 第二章 涡轴发动机部件级建模21-31
• 2.1 引言21
• 2.2 涡轴发动机构型21-22
• 2.3 涡轴发动机建模22
• 2.3.1 部件级建模简介22
• 2.3.2 建模简化假设22
• 2.4 基本部件的气动热力学计算22-28
• 2.4.1 进气道22-23
• 2.4.2 压气机23-25
• 2.4.3 燃烧室25-26
• 2.4.4 燃气涡轮26-27
• 2.4.5 动力涡轮27-28
• 2.4.6 尾喷管28
• 2.4.7 旋翼28
• 2.5 稳态模型共同工作方程的建立与求解28-30
• 2.5.1 稳态模型共同工作方程的建立28-29
• 2.5.2 稳态模型共同工作方程的求解29-30
• 2.6 动态模型共同工作方程的建立与求解30
• 2.7 本章小结30-31
• 第三章 涡轴发动机控制规律研究31-44
• 3.1 引言31
• 3.2 涡轴发动机稳态控制31-34
• 3.2.1 涡轴发动机控制规律总述31-32
• 3.2.2 稳态控制规律设计32-33
• 3.2.3 仿真实现33-34
• 3.3 涡轴发动机过渡态控制总述34-35
• 3.4 涡轴发动机过渡态控制规律设计35-40
• 3.4.1 基于串级PID的过渡态控制35-36
• 3.4.2 基于BP神经网络智能PID的过渡态控制36-38
• 3.4.2.1 BP神经网络36-37
• 3.4.2.2 基于BP神经网络的智能PID控制37-38
• 3.4.3 仿真实现38-40
• 3.4.3.1 加载过程38-39
• 3.4.3.2 减载过程39-40
• 3.5 双发扭矩平衡控制40-43
• 3.5.1 扭矩平衡补偿控制40-41
• 3.5.2 仿真实现41-43
• 3.6 本章小结43-44
• 第四章 扭矩加载控制系统硬件设计44-62
• 4.1 引言44
• 4.2 发动机综合试验台简介44-48
• 4.2.1 综合试验台结构介绍44-45
• 4.2.2 动力子系统45-46
• 4.2.3 负载子系统46-48
• 4.3 试验系统需求分析48-49
• 4.4 扭矩加载控制器硬件设计49-54
• 4.4.1 硬件总体结构49-50
• 4.4.2 电源模块设计50
• 4.4.3 电流驱动模块设计50-52
• 4.4.4 扭矩监测模块设计52
• 4.4.5 转速/扭矩监测模块设计52-54
• 4.4.5.1 转子转轴扭矩测量装置52-53
• 4.4.5.2 扭矩测量53-54
• 4.4.5.3 转速测量54
• 4.5 扭矩加载控制器电磁干扰分析54-56
• 4.5.1 产生电磁干扰的原因54
• 4.5.2 电磁干扰产生机理54-56
• 4.5.2.1 内部干扰55
• 4.5.2.2 外部干扰55-56
• 4.6 扭矩加载控制器电磁干扰的抑制56-58
• 4.6.1 RC缓冲电路56
• 4.6.2 软开关技术56-57
• 4.6.3 驱动电阻的选择57
• 4.6.4 电源输入EMI滤波57-58
• 4.7 电磁干扰抑制效果的试验验证58-61
• 4.8 本章小结61-62
• 第五章 扭矩加载控制系统软件设计62-71
• 5.1 引言62
• 5.2 扭矩加载控制器软件设计62-65
• 5.2.1 软件总体设计62-63
• 5.2.2 软件开发流程63-64
• 5.2.3 试验结果与分析64-65
• 5.3 OPC客户端软件开发65-70
• 5.3.1 OPC概述65-66
• 5.3.2 OPC的结构和对象66-67
• 5.3.3 OPC客户端程序的实现67-68
• 5.3.4 OPC客户端软件测试68-70
• 5.4 本章小结70-71
• 第六章 仿真试验结果及分析71-78
• 6.1 引言71
• 6.2 试验平台构建71-72
• 6.3 涡轴发动机负载模拟试验及分析72-74
• 6.4 双发扭矩平衡仿真试验及分析74-76
• 6.5 本章小结76-78
• 第七章 总结与展望78-80
• 7.1 工作总结78-79
• 7.2 工作展望79-80
• 参考文献80-84
• 致谢84-85
• 在学期间的研究成果及发表的学术论文85

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 王兢;;军用发动机控制系统技术分析及改进研究[J];国防科技;2014年03期

2 蔡建兵;胡柏安;;重型直升机用大功率涡轴发动机的技术特点分析[J];航空工程进展;2014年01期

3 孙桂芝;魏民祥;梅秀珍;;基于MATLAB/Simulink的双动力匹配与控制仿真[J];机械工程师;2012年05期

4 陶金伟;黄金泉;周文祥;;航空发动机组态建模技术研究[J];航空动力学报;2010年10期

5 张海波;孙立国;孙健国;;直升机/涡轴发动机综合系统鲁棒抗扰控制设计[J];航空学报;2010年05期

6 盛守照;王道波;姜斌;赵超;;一种无人直升机的双发动机控制策略[J];航空动力学报;2010年01期

7 吴慎山;李美凤;;开关电源的电磁干扰研究与对策[J];电子质量;2008年10期

8 赵俊;陈建军;王灵刚;;航空发动机的智能神经网络自适应控制研究[J];航空动力学报;2008年10期

9 曹元玲;;浅谈开关电源电磁干扰的抑制措施[J];科技创新导报;2008年08期

10 姚文荣;孙健国;;基于变旋翼转速的涡轴发动机优化控制[J];航空动力学报;2007年09期

中国博士学位论文全文数据库 前2条

1 周剑波;变几何涡轴发动机综合控制技术研究[D];南京航空航天大学;2011年

2 孙丰诚;航空发动机性能寻优控制技术研究[D];南京航空航天大学;2007年

中国硕士学位论文全文数据库 前6条

1 边文超;航空活塞发动机控制器实物在回路仿真系统设计[D];南京航空航天大学;2013年

2 徐杰;发动机实时模型在ECU硬件在环测试平台中的应用与研究[D];浙江大学;2011年

3 姜炜;基于Matlab的涡轴发动机建模与控制系统实时仿真研究[D];南京航空航天大学;2010年

4 栗娟;发动机控制单元硬件在环仿真系统的研究[D];天津大学;2008年

5 吕建国;涡喷发动机动态试验台转速数字控制器研究[D];西北工业大学;2007年

6 冯海峰;航空涡轴发动机数学建模方法与控制规律研究[D];西北工业大学;2007年

，

本文编号：1127076