某微型涡轴发动机控制系统设计与验证
发布时间：2020-12-13 07:35
随着新一代直升机的性能不断提高,对涡轴发动机的控制也提出了更高的要求。本文以实验室一台真实的微型涡轴发动机为对象开展控制研究,内容涉及控制系统的总体设计、控制算法设计、电子控制器设计以及控制系统试验验证。(1)控制系统总体设计。论文首先对微型涡轴发动机的结构特点进行分析,制定发动机控制计划和控制系统的总体方案。控制计划包含起动控制计划、停车控制计划、状态调节控制计划和燃油加减速控制计划。控制系统总体方案分为传感器、执行机构和电子控制器总体方案。(2)微型涡轴发动机控制算法研究。本文根据开环试验数据,建立发动机的慢车以上状态的数值稳态与ARX串联拟合模型,以该模型为控制对象设计模型预测控制算法。基于最小二乘法建立线性变参数(LPV)模型作为预测模型,采用二次规划算法完成最优控制量的计算,设计反馈校正模块消除模型失配造成的稳态误差,通过数值仿真验证控制算法的控制效果。(3)电子控制器设计。电子控制器由核心控制器和电动燃油泵控制器组成,核心控制器负责传感器信号采集,控制量计算以及控制指令的输出,电动燃油泵控制器负责实现对电动燃油泵电机转速的精确控制。核心控制器以ARM为核心,设计时充分考虑传...
【文章来源】：南京航空航天大学江苏省 211工程院校
【文章页数】：97 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
航空发动机控制装置发展趋势
点火芯通电产生的高温将其表面的煤油迅速蒸发，高温煤油蒸气和空合；燃油蒸气和空气的混合气体和高温点火芯接触后被点燃。体和点火芯之间存在的空间正好起到了煤油蒸发管的作用，这种点持续提供小流量煤油，煤油流量过大则无法很好的气化，在用该微进行起动测试时发现，该发动机点火时其燃油泵供油约为 25ml/min量供给，所设计的电动燃油泵控制器应该能够控制电动燃油泵转速助燃油管道前有个电磁阀，将点火器壳体和点火芯之间的小空隙看对供给的煤油脉动具有一定的容忍能力，所以可以采用 PWM 信号M 控制信号的占空比调节电磁阀时域上的开度，这样电磁阀就可以用，同时电动燃油泵的转速可以上升，这就降低了电动燃油泵控制发动机的起动过程可分为 3 个阶段，三个阶段过程如图 2.2 所示，，CM 为压气机扭矩，TM 为涡轮扭矩，m 为带动附件及克服摩擦的过程阻力矩。
图 2.5 压气机转速信号调理电路微型涡轴发动机自带的进口温度传感器和尾喷口温度传感器信号调理电路图如图2.6所示。测量尾喷口温度采用的温度传感器为 K 型热电偶，其热端通过一个小孔插入发动机尾喷管处，冷端放置在发动机整流罩内。热电偶产生的电动势经过一个差分放大电路放大 47 倍，电压和温度的对应关系可以通过 K 型热电偶插值表获得。发动机进口温度传感器采用 KT130 热电阻芯片，通过单臂电桥将热电阻阻值转化为电压值，并用一个跟随电路输出电桥电压，提高电路驱动能力，采集的热电阻信号可以用作热电偶信号的温度补偿。热电阻信号调理电路
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于MRR-KELM算法的涡轴发动机非线性模型预测控制[J]. 王宁,潘慕绚,黄金泉. 重庆理工大学学报(自然科学). 2018(08)
[2]涡轴发动机发展与技术趋势[J]. 葛宁. 南京航空航天大学学报. 2018(02)
[3]ARM的嵌入式以太网通信分析与实时性改进[J]. 林志祥,张天宏. 单片机与嵌入式系统应用. 2018(03)
[4]我国民用涡轴发动机的发展研究[J]. 雷新国,周辉华,张媛. 燃气涡轮试验与研究. 2016(04)
[5]涡轴发动机技术发展研究综述[J]. 乞征,向克胤,刘彦雪. 飞航导弹. 2016(07)
[6]基于ADE-ELM的涡轴发动机建模方法[J]. 焦洋,李秋红,朱正琛,廖光煌. 航空动力学报. 2016(04)
[7]基于动态系数法的微型涡喷发动机实时建模[J]. 徐鑫,张天宏,盛汉霖. 中国机械工程. 2015(02)
[8]应用改进粒子群算法的涡轴发动机性能寻优[J]. 刘楠,黄金泉. 南京航空航天大学学报. 2013(03)
[9]基于粒子群算法的发动机部件模型求解[J]. 钱海鹰,杨培源,徐松林. 推进技术. 2012(06)
[10]基于分布式控制的航空发动机电动燃油泵方案研究[J]. 高毅军,黄金泉,唐世建. 燃气涡轮试验与研究. 2012(S1)
博士论文
[1]滑模与预测控制在航空发动机限制管理中应用研究[D]. 杜宪.西北工业大学 2016
[2]涡轴发动机/旋翼综合建模、控制及优化研究[D]. 姚文荣.南京航空航天大学 2008
[3]基于组合模型的非线性预测控制算法及其应用研究[D]. 杨剑锋.浙江大学 2007
[4]航空发动机性能寻优控制技术研究[D]. 孙丰诚.南京航空航天大学 2007
[5]航空发动机及控制系统建模与面向对象的仿真研究[D]. 周文祥.南京航空航天大学 2006
硕士论文
[1]涡轴发动机部件级建模及神经网络控制研究[D]. 王振昊.电子科技大学 2018
[2]航空发动机分布式控制系统的容错研究[D]. 陈飞.南京航空航天大学 2017
[3]面向航空电动燃油泵的齿轮泵研究[D]. 钱一凡.南京航空航天大学 2016
[4]涡轴发动机建模与智能控制研究[D]. 段绍栋.南京航空航天大学 2012
[5]航空涡轴发动机建模与控制规律研究[D]. 梁宁宁.南京航空航天大学 2012
[6]基于ARM7的嵌入式μC/TCP-IP协议栈的研究与实现[D]. 李佳旭.西安电子科技大学 2010
[7]航空涡轴发动机数学建模方法与控制规律研究[D]. 冯海峰.西北工业大学 2007
[8]航空电动燃油泵用无刷直流电动机研究[D]. 林全喜.西北工业大学 2006
本文编号：2914179
【文章来源】：南京航空航天大学江苏省 211工程院校
【文章页数】：97 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
航空发动机控制装置发展趋势
点火芯通电产生的高温将其表面的煤油迅速蒸发，高温煤油蒸气和空合；燃油蒸气和空气的混合气体和高温点火芯接触后被点燃。体和点火芯之间存在的空间正好起到了煤油蒸发管的作用，这种点持续提供小流量煤油，煤油流量过大则无法很好的气化，在用该微进行起动测试时发现，该发动机点火时其燃油泵供油约为 25ml/min量供给，所设计的电动燃油泵控制器应该能够控制电动燃油泵转速助燃油管道前有个电磁阀，将点火器壳体和点火芯之间的小空隙看对供给的煤油脉动具有一定的容忍能力，所以可以采用 PWM 信号M 控制信号的占空比调节电磁阀时域上的开度，这样电磁阀就可以用，同时电动燃油泵的转速可以上升，这就降低了电动燃油泵控制发动机的起动过程可分为 3 个阶段，三个阶段过程如图 2.2 所示，，CM 为压气机扭矩，TM 为涡轮扭矩，m 为带动附件及克服摩擦的过程阻力矩。
图 2.5 压气机转速信号调理电路微型涡轴发动机自带的进口温度传感器和尾喷口温度传感器信号调理电路图如图2.6所示。测量尾喷口温度采用的温度传感器为 K 型热电偶，其热端通过一个小孔插入发动机尾喷管处，冷端放置在发动机整流罩内。热电偶产生的电动势经过一个差分放大电路放大 47 倍，电压和温度的对应关系可以通过 K 型热电偶插值表获得。发动机进口温度传感器采用 KT130 热电阻芯片，通过单臂电桥将热电阻阻值转化为电压值，并用一个跟随电路输出电桥电压，提高电路驱动能力，采集的热电阻信号可以用作热电偶信号的温度补偿。热电阻信号调理电路
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于MRR-KELM算法的涡轴发动机非线性模型预测控制[J]. 王宁,潘慕绚,黄金泉. 重庆理工大学学报(自然科学). 2018(08)
[2]涡轴发动机发展与技术趋势[J]. 葛宁. 南京航空航天大学学报. 2018(02)
[3]ARM的嵌入式以太网通信分析与实时性改进[J]. 林志祥,张天宏. 单片机与嵌入式系统应用. 2018(03)
[4]我国民用涡轴发动机的发展研究[J]. 雷新国,周辉华,张媛. 燃气涡轮试验与研究. 2016(04)
[5]涡轴发动机技术发展研究综述[J]. 乞征,向克胤,刘彦雪. 飞航导弹. 2016(07)
[6]基于ADE-ELM的涡轴发动机建模方法[J]. 焦洋,李秋红,朱正琛,廖光煌. 航空动力学报. 2016(04)
[7]基于动态系数法的微型涡喷发动机实时建模[J]. 徐鑫,张天宏,盛汉霖. 中国机械工程. 2015(02)
[8]应用改进粒子群算法的涡轴发动机性能寻优[J]. 刘楠,黄金泉. 南京航空航天大学学报. 2013(03)
[9]基于粒子群算法的发动机部件模型求解[J]. 钱海鹰,杨培源,徐松林. 推进技术. 2012(06)
[10]基于分布式控制的航空发动机电动燃油泵方案研究[J]. 高毅军,黄金泉,唐世建. 燃气涡轮试验与研究. 2012(S1)
博士论文
[1]滑模与预测控制在航空发动机限制管理中应用研究[D]. 杜宪.西北工业大学 2016
[2]涡轴发动机/旋翼综合建模、控制及优化研究[D]. 姚文荣.南京航空航天大学 2008
[3]基于组合模型的非线性预测控制算法及其应用研究[D]. 杨剑锋.浙江大学 2007
[4]航空发动机性能寻优控制技术研究[D]. 孙丰诚.南京航空航天大学 2007
[5]航空发动机及控制系统建模与面向对象的仿真研究[D]. 周文祥.南京航空航天大学 2006
硕士论文
[1]涡轴发动机部件级建模及神经网络控制研究[D]. 王振昊.电子科技大学 2018
[2]航空发动机分布式控制系统的容错研究[D]. 陈飞.南京航空航天大学 2017
[3]面向航空电动燃油泵的齿轮泵研究[D]. 钱一凡.南京航空航天大学 2016
[4]涡轴发动机建模与智能控制研究[D]. 段绍栋.南京航空航天大学 2012
[5]航空涡轴发动机建模与控制规律研究[D]. 梁宁宁.南京航空航天大学 2012
[6]基于ARM7的嵌入式μC/TCP-IP协议栈的研究与实现[D]. 李佳旭.西安电子科技大学 2010
[7]航空涡轴发动机数学建模方法与控制规律研究[D]. 冯海峰.西北工业大学 2007
[8]航空电动燃油泵用无刷直流电动机研究[D]. 林全喜.西北工业大学 2006
本文编号：2914179
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