飞行器动力增压系统测试与控制技术研究
发布时间：2021-04-08 14:53
动力系统作为飞行器最主要的组成部分,其地面综合测控直接影响飞行器的运载能力和市场竞争。原有型号飞行器在动力系统测试阶段,由于被测对象的需求不同、地点各异,需要用不同的测试系统和测试软件,这造成了极大的硬件设备重复投入和人员浪费。各个测试阶段的数据无法做到互联互通,使得数据资源利用率极低,造成了动力增压系统更改不灵活的问题。本文以飞行器动力系统控制为研究对象,根据模块化建模思想以及实验仿真,进行高精度控制策略研究,设计了一款分布式测控系统实现对飞行器动力增压的测试与控制。论文的主要工作如下:（1）飞行器动力增压系统建模及特性研究。首先设计了飞行器动力增压系统,分析动力增压系统的结构及工作原理,并且建立系统中控制量电流与被控量贮箱内部压力之间的传递函数,其次对动力增压系统中关键阀门比例减压阀的进行特性研究,包括相关结构分析和原理介绍,最后建立了先导式比例减压阀的数学模型,对后续动力增压系统的性能分析作理论支撑。（2）飞行器动力增压系统高精度控制策略研究。针对PID控制进行相关理论分析,并在此基础上提出了模糊控制,实现PID控制与模糊控制相结合的高精度控制策略,并且设计了参数自整定改进模糊P...
【文章来源】：北京交通大学北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：102 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１－３传感器与电磁阀组合控制增压系统??Ｆｉｇ．?１－３?Ｓｅｎｓｏｒ?ａｎｄ?ｓｏｌｅｎｏｉｄ?ｖａｌｖｅ?ｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎ?ｃｏｎｔｒｏｌ?ｂｏｏｓｔｅｒ?ｓｙｓｔｅｍ??
数字式被控量主要有压力传感器和触点式开关等，被控对象主要有比??例电磁阀通过模拟量控制。因此该系统采用主／从站的总体框架平台，增压平台结??构如图１－４所示。??—?＿＿＿?、??ｉ—■地面预増?＾＾?［—－１????＾?丁?、?压系统?、??流量计?——－ｐ???介质预冷ｊｆ上２压糸介１；温??Ｉ?自动配１?气系统??＾ｆ－ＣＺ￣￣．?一?Ｌ????ｉ?，?传必器?￡??￣￣＾－＼?１￣￣（高比气瓶）－Ｈ￣￣箭上补压系统?１?萏??、??图１－４增压平台简化原理图??Ｆｉｇ．?１－４?Ｓｕｐｅｒｃｈａｒｇｅｄ?ｐｌａｔｆｏｒｍ?ｓｉｍｐｌｉｆｉｅｄ?ｓｃｈｅｍａｔｉｃ??从图中可看出，采用主／从相辅相成的架构方式ｔｉ８］，能够保证增压系统在控制??过程当中的可靠性，当压力传感器采集到的压力上传到控制器后，控制器将采集??到的信号与输入信号对比，若小于输入信号，则增压回路系统从路打开进行压力??补充［１９］，实现贮箱内部压力增高，极大的提高了系统的快速性。??１．２．４阿金纳火箭增压运输系统研究现状??传统的运载火箭上面级和航天器增压系统的设计一般采用基础级的单路定流??量增压模式［２Ｑ】。如图１－５所示，由美国航天局研发的阿金纳运载火箭气瓶从高压??减小至低压的过程中，增压气瓶中的流量变化比较大，因此该火箭通过节流圈的??方法来控制增压回路中的气体流量［２１］。当发动机的入口压力最低时
??本节所研究的先导式比例减压阀的结构［３３］如图２－３所示，该阀主要由比例电??磁铁、先导阀体、先导阀心、流量稳定器、预紧弹簧、调压腔、主阀芯、主阀体、??压力传感器、复位弹簧等组成。??图２－３先导式气动比例减压阀结构图??Ｆｉｇ．２－３?Ｐｉｌｏｔ－ｔｙｐｅ?ｐｎｅｕｍａｔｉｃ?ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎａｌ?ｐｒｅｓｓｕｒｅ?ｒｅｄｕｃｉｎｇ?ｖａｌｖｅ?ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ??１?－比例电磁铁；２－先导阀体；３－先导阀芯；４－流量稳定器；５－预紧弹簧；６－??调压腔；７＿阻尼口；?８－活塞；９－压力传感器；１０－主阀芯；１１－反馈腔；１２－复位弹??賛；１３－主阀体。??２．４．２先导式比例减压阀的控制原理??比例减压阀适用于各种常用协议，通过多传感器来控制，可通过总线进行诊??断，有两种精度等级，在进行先导式比例减压阀的控制过程当中，主要有控制电??路的布局、工作模式以及串联控制。??（１）控制电路布局??比例减压阀控制主要通过闭环控制电路来决定的，如图２－４所示，控制电路主??要由闭环控制元件、最终控制元件即阀的活塞、受控系统、测量设备等几部分组??成。??１５??
【参考文献】：
期刊论文
[1]运载火箭贮箱增压控制技术发展综述[J]. 孙礼杰,金鑫,程光平,张亮. 宇航总体技术. 2017(01)
[2]先进上面级火箭地面测发控系统一体化设计与实现[J]. 解维奇,李朝凤,姚静波. 装备学院学报. 2017(02)
[3]基于三模冗余的运载火箭增压控制设备设计[J]. 刘倩,李亮,李雷,祁锦媛,胡斌. 计算机测量与控制. 2017(03)
[4]基于PLC的火箭增压系统试验平台控制系统设计与实现[J]. 周炎,赵春宇,邢力超,梁景媛,王道连,岳婷. 化工自动化及仪表. 2015(10)
[5]新一代运载火箭闭式增压控制技术研究[J]. 胡海峰. 航天控制. 2015(04)
[6]新一代运载火箭推进剂贮箱的冗余氦气增压系统[J]. 姚娜,李会萍,程光平,梁建国. 上海航天. 2014(02)
[7]基于划代研究的中国运载火箭未来发展趋势分析[J]. 秦旭东,容易,王小军,龙乐豪. 导弹与航天运载技术. 2014(01)
[8]新一代运载火箭增压技术研究[J]. 范瑞祥,田玉蓉,黄兵. 火箭推进. 2012(04)
[9]一种基于状态机的串口通信协议的设计与实现[J]. 李莹,贾彬. 电子设计工程. 2012(07)
[10]基于Qt4的图形用户界面程序的设计与实现[J]. 刘艳青,苏桂莲. 现代计算机(专业版). 2009(03)
博士论文
[1]高压气动比例减压阀的结构优化与特性研究[D]. 徐志鹏.浙江大学 2010
硕士论文
[1]先导式气动减压阀性能分析及实验研究[D]. 吴世特.浙江理工大学 2017
[2]基于STM32系列ARM Gortex-M3微控制器的微型热敏打印机固件开发[D]. 王闯.山东大学 2015
[3]先导平衡式高压气动比例减压阀结构设计与特性分析[D]. 周慧珍.兰州理工大学 2014
[4]一种先导式高压气动比例减压阀研究与特性分析[D]. 张春.兰州理工大学 2012
[5]氢氧发动机试验台自动增压控制系统[D]. 刘瑞敏.哈尔滨工程大学 2012
[6]运载火箭控制系统测试仿真软件设计与实现[D]. 任童童.电子科技大学 2010
[7]液体火箭增压输送系统动态特性仿真与分析[D]. 王文斌.国防科学技术大学 2009
[8]液体火箭发动机试验台自动增压系统研究[D]. 王明迪.上海交通大学 2009
[9]大推力氢氧发动机试验推进剂供应技术研究[D]. 陈春富.国防科学技术大学 2007
本文编号：3125763
【文章来源】：北京交通大学北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：102 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１－３传感器与电磁阀组合控制增压系统??Ｆｉｇ．?１－３?Ｓｅｎｓｏｒ?ａｎｄ?ｓｏｌｅｎｏｉｄ?ｖａｌｖｅ?ｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎ?ｃｏｎｔｒｏｌ?ｂｏｏｓｔｅｒ?ｓｙｓｔｅｍ??
数字式被控量主要有压力传感器和触点式开关等，被控对象主要有比??例电磁阀通过模拟量控制。因此该系统采用主／从站的总体框架平台，增压平台结??构如图１－４所示。??—?＿＿＿?、??ｉ—■地面预増?＾＾?［—－１????＾?丁?、?压系统?、??流量计?——－ｐ???介质预冷ｊｆ上２压糸介１；温??Ｉ?自动配１?气系统??＾ｆ－ＣＺ￣￣．?一?Ｌ????ｉ?，?传必器?￡??￣￣＾－＼?１￣￣（高比气瓶）－Ｈ￣￣箭上补压系统?１?萏??、??图１－４增压平台简化原理图??Ｆｉｇ．?１－４?Ｓｕｐｅｒｃｈａｒｇｅｄ?ｐｌａｔｆｏｒｍ?ｓｉｍｐｌｉｆｉｅｄ?ｓｃｈｅｍａｔｉｃ??从图中可看出，采用主／从相辅相成的架构方式ｔｉ８］，能够保证增压系统在控制??过程当中的可靠性，当压力传感器采集到的压力上传到控制器后，控制器将采集??到的信号与输入信号对比，若小于输入信号，则增压回路系统从路打开进行压力??补充［１９］，实现贮箱内部压力增高，极大的提高了系统的快速性。??１．２．４阿金纳火箭增压运输系统研究现状??传统的运载火箭上面级和航天器增压系统的设计一般采用基础级的单路定流??量增压模式［２Ｑ】。如图１－５所示，由美国航天局研发的阿金纳运载火箭气瓶从高压??减小至低压的过程中，增压气瓶中的流量变化比较大，因此该火箭通过节流圈的??方法来控制增压回路中的气体流量［２１］。当发动机的入口压力最低时
??本节所研究的先导式比例减压阀的结构［３３］如图２－３所示，该阀主要由比例电??磁铁、先导阀体、先导阀心、流量稳定器、预紧弹簧、调压腔、主阀芯、主阀体、??压力传感器、复位弹簧等组成。??图２－３先导式气动比例减压阀结构图??Ｆｉｇ．２－３?Ｐｉｌｏｔ－ｔｙｐｅ?ｐｎｅｕｍａｔｉｃ?ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎａｌ?ｐｒｅｓｓｕｒｅ?ｒｅｄｕｃｉｎｇ?ｖａｌｖｅ?ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ??１?－比例电磁铁；２－先导阀体；３－先导阀芯；４－流量稳定器；５－预紧弹簧；６－??调压腔；７＿阻尼口；?８－活塞；９－压力传感器；１０－主阀芯；１１－反馈腔；１２－复位弹??賛；１３－主阀体。??２．４．２先导式比例减压阀的控制原理??比例减压阀适用于各种常用协议，通过多传感器来控制，可通过总线进行诊??断，有两种精度等级，在进行先导式比例减压阀的控制过程当中，主要有控制电??路的布局、工作模式以及串联控制。??（１）控制电路布局??比例减压阀控制主要通过闭环控制电路来决定的，如图２－４所示，控制电路主??要由闭环控制元件、最终控制元件即阀的活塞、受控系统、测量设备等几部分组??成。??１５??
【参考文献】：
期刊论文
[1]运载火箭贮箱增压控制技术发展综述[J]. 孙礼杰,金鑫,程光平,张亮. 宇航总体技术. 2017(01)
[2]先进上面级火箭地面测发控系统一体化设计与实现[J]. 解维奇,李朝凤,姚静波. 装备学院学报. 2017(02)
[3]基于三模冗余的运载火箭增压控制设备设计[J]. 刘倩,李亮,李雷,祁锦媛,胡斌. 计算机测量与控制. 2017(03)
[4]基于PLC的火箭增压系统试验平台控制系统设计与实现[J]. 周炎,赵春宇,邢力超,梁景媛,王道连,岳婷. 化工自动化及仪表. 2015(10)
[5]新一代运载火箭闭式增压控制技术研究[J]. 胡海峰. 航天控制. 2015(04)
[6]新一代运载火箭推进剂贮箱的冗余氦气增压系统[J]. 姚娜,李会萍,程光平,梁建国. 上海航天. 2014(02)
[7]基于划代研究的中国运载火箭未来发展趋势分析[J]. 秦旭东,容易,王小军,龙乐豪. 导弹与航天运载技术. 2014(01)
[8]新一代运载火箭增压技术研究[J]. 范瑞祥,田玉蓉,黄兵. 火箭推进. 2012(04)
[9]一种基于状态机的串口通信协议的设计与实现[J]. 李莹,贾彬. 电子设计工程. 2012(07)
[10]基于Qt4的图形用户界面程序的设计与实现[J]. 刘艳青,苏桂莲. 现代计算机(专业版). 2009(03)
博士论文
[1]高压气动比例减压阀的结构优化与特性研究[D]. 徐志鹏.浙江大学 2010
硕士论文
[1]先导式气动减压阀性能分析及实验研究[D]. 吴世特.浙江理工大学 2017
[2]基于STM32系列ARM Gortex-M3微控制器的微型热敏打印机固件开发[D]. 王闯.山东大学 2015
[3]先导平衡式高压气动比例减压阀结构设计与特性分析[D]. 周慧珍.兰州理工大学 2014
[4]一种先导式高压气动比例减压阀研究与特性分析[D]. 张春.兰州理工大学 2012
[5]氢氧发动机试验台自动增压控制系统[D]. 刘瑞敏.哈尔滨工程大学 2012
[6]运载火箭控制系统测试仿真软件设计与实现[D]. 任童童.电子科技大学 2010
[7]液体火箭增压输送系统动态特性仿真与分析[D]. 王文斌.国防科学技术大学 2009
[8]液体火箭发动机试验台自动增压系统研究[D]. 王明迪.上海交通大学 2009
[9]大推力氢氧发动机试验推进剂供应技术研究[D]. 陈春富.国防科学技术大学 2007
本文编号：3125763
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