基于保护映射理论的航空发动机控制方法研究

发布时间：2020-11-10 03:45

　　 在航空发动机技术不断发展的过程中,航空发动机控制系统的性能要求也在不断提高。针对航空发动机的强非线性和时变性,本文以某型涡扇发动机为研究对象,进行基于保护映射理论的航空发动机控制方法研究。本文首先针对控制方法研究中的模型问题,以某型涡扇发动机非线性模型为基础,将飞行包线进行分区,并选择部分标称点为设计点,采用小扰动法与最小二乘拟合法相结合的方法,建立发动机状态变量模型,并采用雅克比线性化建模方法建立发动机线性变参数(LPV)模型。为避免传统变增益控制方法工作量大和难以保证全局控制性能等缺点,本文将基于保护映射理论的算法运用在航空发动机控制中。以LPV模型为研究对象,采用工程中运用较多的比例-积分(PI)控制器,通过基于保护映射理论的算法,仅由任意给定的初始控制器参数,就可以获得整个调度参数变化范围内的控制器参数集合。以非线性模型为验证对象,将通过传统变增益控制方法设计的PI控制器作为比较对象,采用积分分离PI控制方法进行仿真验证,结果表明基于保护映射理论所设计的LPV/PI控制器的控制效果较好,且明显优于传统变增益控制器。为进一步对保护映射理论在航空发动机控制中的运用进行说明,将保护映射理论与状态反馈控制相结合,设计出航空发动机LPV/状态反馈控制器。在控制器设计过程中,以LPV模型为研究对象,只需通过任意给定的初始控制器参数,就可以得到整个调度参数变化范围内的控制器参数集合。在非线性模型上进行仿真验证,结果表明控制系统具有良好的性能。
【学位单位】：南京航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：V233.7
【文章目录】：
摘要
abstract
第一章 绪论
    1.1 研究背景与意义
    1.2 航空发动机控制技术研究及现状
        1.2.1 航空发动机控制技术研究概述
        1.2.2 航空发动机控制国内外研究现状
    1.3 保护映射理论研究及现状
        1.3.1 保护映射理论研究概述
        1.3.2 保护映射理论国内外研究现状
    1.4 本文主要研究内容与安排
第二章 保护映射理论及相关算法
    2.1 引言
    2.2 保护映射理论
        2.2.1 数学工具
        2.2.2 保护映射理论的定义与性质
        2.2.3 稳定性增益表征和鲁棒稳定性
    2.3 参数整定算法
        2.3.1 活动区域定义
        2.3.2 目标区域增益预置算法
        2.3.3 单参数模型控制算法
    2.4 本章小结
第三章 航空发动机LPV模型建立
    3.1 引言
    3.2 飞行包线划分
    3.3 航空发动机状态变量模型
        3.3.1 状态变量模型建立
        3.3.2 状态变量模型仿真验证
    3.4 航空发动机LPV模型
        3.4.1 LPV模型建立
        3.4.2 LPV模型仿真验证
    3.5 本章小结
第四章 基于保护映射理论的航空发动机LPV/PI控制
    4.1 引言
    4.2 基于保护映射理论的LPV/PI控制器设计
        4.2.1 控制器设计
        4.2.2 闭环线性系统仿真分析
    4.3 基于遗传算法的传统变增益PI控制器设计
        4.3.1 基于遗传算法的参数整定原理
        4.3.2 控制器设计
        4.3.3 闭环线性系统仿真分析
    4.4 非线性系统仿真比较与分析
    4.5 本章小结
第五章 基于保护映射理论的航空发动机LPV/状态反馈控制
    5.1 引言
    5.2 基于保护映射理论的LPV/状态反馈控制器设计
    5.3 闭环线性系统仿真分析
    5.4 非线性系统仿真分析
    5.5 本章小结
第六章 总结与展望
    6.1 总结
    6.2 展望
参考文献
致谢
在学期间的研究成果及发表的学术论文

【参考文献】

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本文编号：2877429