航空电动燃油泵系统建模与控制研究

发布时间：2020-06-07 19:49

【摘要】：在航空领域,多电航空发动机已经成为先进航空推进技术的重要发展方向之一。作为供油系统的主要部件,航空电动燃油泵对动力控制系统的性能影响重大。本文完成了航空电动燃油泵及其控制系统的建模,结合航空动力装置控制系统的需求对电动燃油泵的控制技术开展了研究。首先分析了航空电动燃油泵的工作原理和性能需求,研究了永磁容错电机的数学模型与调速原理,分析了齿轮泵的工作原理、供油流量特性以及主要性能参数。其次,本文以电机电流环为内环,燃油泵流量环为外环设计了电动燃油泵的双闭环矢量控制系统,设计了PI控制器并整定了控制参数,研究了齿轮泵的瞬时流量脉动模型和实时动态扭矩计算方法,基于MATLAB/Simulink平台进行了电动燃油泵完整系统的建模与仿真,分析了系统供油特性。然后,结合先进控制理论,基于幂次变指数趋近律和动态切换面设计了新型滑模变结构控制器,基于BP神经网络设计了可在线整定控制参数的PI控制器,结合深度信念网络和滑模理论设计了可以在线调参的滑模控制器,并通过仿真研究了上述三种新型控制器的稳态特性、动态特性和鲁棒性。最后,介绍了所设计的电动燃油泵一体化结构,在实验室现有的实验平台上开展了PI和滑模两种控制器的电机调速试验,验证了矢量控制系统的可行性和两种控制算法的特性。
【图文】：

多电发动机,主要技术

图 1.1 多电发动机主要技术组成统航空发动机中，动力系统主要由液压或者气动机械式调节器实现，给主是由发动机转子驱动的附件齿轮箱，这些复杂机械液压结构传动装置及以占发动机总重量的 20%。传统航空发动机中的燃油泵大多为齿轮泵，为实现精确供油，多余的燃油需要流回油箱，这样大量回油会损耗一定动机中的电动燃油泵由独立电机及控制器驱动，可以根据实际需要的燃动电机转速，尽量减少回油甚至无需回油，从而简化了燃油动力控制系统效率，一定意义上也增强了可靠性。因此，电动燃油泵可以一定程度、推重比以及维护性等日益严苛的高性能要求，研究意义重大。动力控制系统的设计要求包括[19]：（1）性能要求，主要包括在任何干扰下工作状态的稳定性都达标；控制系统稳态精度高，以保证动力装置的性靠；动态性能良好且品质可靠。（2）重量要求，航空发动机设计中的最是推重比要大，这就要求发动机部件重量都要减轻，对控制系统也不例，指能够在要求范围内实现设备功能，是良好性能的前提，这在航空领靠性设计繁重而复杂，需要大量的试验、积累大量的资料才能做出符

剖视图,燃油泵

图 1.4 Vikers 集成封装燃油泵图 1.5 电动涡轮泵剖视图博世公司研制的电动涡轮燃油泵中的叶片泵涡轮和电机转子同轴安装，进出油口放在壳体两端，壳体结构得到很大简化，如图 1.5 所示。在工作时，电机转子转动带动传动轴从而驱动涡轮旋转，将燃油吸入壳体内部浸泡转子从而带走热量起到冷却作用。兰州理工大学研制的叶片集成式电液泵采用三相异步电机驱动叶片泵，泵中心轴和电机内部相连，从而缩小了一半体积，减少了 7dB 噪声[15]。1.2.4 电机控制技术发展现状近年来，现代控制理论发展逐渐成熟，在电气领域已经得到越来越普遍的推广应用，交流电机的调速策略从最早的比值恒定或者转差频率控制策略，已经发展到先进的矢量或直接转矩控制策略，瞬时转矩控制的精准度得到较大提升，加速度控制、速度控制以及位置控制等性能进步明显。永磁同步电机所采用的控制技术中，，PID 类型的控制器原理简明、结构简单、参数物理意义明确、易于实现、理论体系完整且控制稳态精度较高，仍然占据主导地位。在复杂工况的应用场合，由于对控制性能的要求逐渐变高，常规 PID 控制器采用一组控制参数已经不能适应控制对象的模糊不确定或参数的变化，难以克服控制系统受到的各种
【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】：2018
【分类号】：V233.2

【参考文献】