涡扇发动机分布式控制系统通讯时延对系统性能影响分析

发布时间：2017-08-16 18:30

  本文关键词：涡扇发动机分布式控制系统通讯时延对系统性能影响分析

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【摘要】：未来飞机发动机控制系统将会是基于分布式结构,传统传感器和执行机构将被智能传感器和执行机构所取代,并通过数据总线通信。分布式结构有利于先进技术的使用,具有减重,提高性能以及降低成本的优势。分布式发动机控制系统性能依赖于通信总线性能,而总线通信会引入一些通信约束,如网络诱导时延和数据掉包,会对发动机性能造成一定影响,严重时甚至引起系统不稳定。本文的主要研究内容如下:首先,介绍了当前集中式控制系统中电子控制器结构,发动机中需要传输的信号等,作为分布式控制系统结构以及总线通信的基础。比较了三种分布式控制系统结构,针对某型涡扇发动机设计了其部分分布式控制系统结构。接着,研究分布式控制系统的通信总线,提出总线选择参考因素。在比较不同总线基础上,选择CAN总线的时间触发协议TTCAN作为备选总线。以某型涡扇发动机为对象,进行了总线带宽评估,通信方案设计。利用TrueTime工具箱建立了一个分布式系统数字仿真系统,研究分析了时延、掉包等通信约束对发动机性能的影响。随后,提出存在时延和掉包情况下的控制器设计策略。基于李亚普洛夫稳定性定理,分析时延条件下系统的稳定性以及最大允许时延。通过求解线性矩阵不等式设计反馈控制增益,保证时延和掉包条件下系统的稳定性。提出一种重构增益调度的方法,进行时延和掉包补偿,并针对非线性模型进行了仿真验证,效果良好。最后,进行了硬件在回路验证,仿真验证了时延和掉包对系统性能的影响,以及所设计的控制器的有效性。
【关键词】：航空涡扇发动机 分布式控制 总线通信 时延和掉包 重构增益补偿 硬件在回路
【学位授予单位】：西北工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：V235.13
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-10
• 第一章 绪论10-19
• 1.1 航空发动机控制系统发展概述10
• 1.2 数字电子控制系统面临的问题10-12
• 1.3 分布式发动机控制系统12-17
• 1.3.1 分布式控制系统优势13-14
• 1.3.2 分布式控制发展现状14-15
• 1.3.3 分布式控制系统关键技术15-17
• 1.4 论文研究目的、意义与主要内容17-19
• 第二章 分布式控制系统结构设计19-29
• 2.1 涡扇发动机及其控制规律19-20
• 2.1.1 发动机对象及其模型19
• 2.1.2 控制规律19-20
• 2.2 集中式控制系统20-23
• 2.2.1 集中式电子控制器结构20-22
• 2.2.2 控制器输入输出信号22-23
• 2.3 分布式控制系统结构23-28
• 2.3.1 基于数据集中器的部分分布式结构23-25
• 2.3.2 基于智能节点的全分布式结构25
• 2.3.3 基于处理器节点的全分布式结构25-27
• 2.3.4 涡扇发动机部分分布式结构设计27-28
• 2.4 小结28-29
• 第三章 分布式控制系统仿真29-50
• 3.1 发动机局域网29-36
• 3.1.1 EAN对数据传输的要求29-30
• 3.1.2 总线选择参考因素30-31
• 3.1.3 几种应用于安全控制领域的总线31-36
• 3.2 通信限制36-37
• 3.2.1 通信带宽限制36-37
• 3.2.2 网络诱导时延37
• 3.2.3 网络诱导数据掉包37
• 3.3 总线性能评估37-41
• 3.3.1 控制系统信号分类37-38
• 3.3.2 总线带宽评估38-40
• 3.3.3 通信调度方案设计40-41
• 3.4 基于TrueTime的分布式系统仿真验证41-49
• 3.4.1 利用TrueTime搭建分布式控制仿真系统41-43
• 3.4.2 时延和掉包对发动机性能影响43-49
• 3.5 小结49-50
• 第四章 存在时延和掉包的控制器设计50-70
• 4.1 网络控制系统50-51
• 4.1.1 网络控制系统主要问题50
• 4.1.2 网络控制系统研究方法50-51
• 4.2 系统描述及建模51-56
• 4.2.1 航空发动机分布式控制系统描述51-52
• 4.2.2 存在时延和掉包系统建模52-56
• 4.3 稳定性分析及最大时延边界确定56-57
• 4.3.1 稳定性分析56
• 4.3.2 最大允许时延确定56-57
• 4.4 针对存在时延和掉包的控制器设计57-59
• 4.4.1 存在时延的反馈控制器设计57-58
• 4.4.2 存在掉包的反馈控制器设计58-59
• 4.5 仿真及结果分析59-64
• 4.5.1 航空发动机线性状态空间模型59-60
• 4.5.2 稳定性分析仿真验证60-61
• 4.5.3 存在时延系统仿真分析61-62
• 4.5.4 数据掉包补偿措施仿真分析62-64
• 4.6 应用于非线性模型仿真64-69
• 4.6.1 基于增广模型的反馈控制器设计64-65
• 4.6.2 仿真验证分析65-69
• 4.7 小结69-70
• 第五章 基于CAN总线的硬件在回路仿真验证70-86
• 5.1 分布式控制HIL验证方案思路70-71
• 5.2 平台结构及软硬件配置71-75
• 5.2.1 平台结构71-72
• 5.2.2 平台配置72-74
• 5.2.3 数字仿真与硬件在回路仿真差异74-75
• 5.3 总线通信实现75-81
• 5.3.1 PCL-841CAN卡通信75-77
• 5.3.2 eCAN通信77-78
• 5.3.3 ID号分配78-79
• 5.3.4 高精度多媒体定时器79-81
• 5.4 时延和掉包对系统性能影响实验验证81-85
• 5.4.1 总线时延对系统性能影响及应对方法验证81-82
• 5.4.2 数据掉包对系统性能影响及应对方法验证82-85
• 5.5 小结85-86
• 第六章 总结与展望86-88
• 6.1 本文主要工作86-87
• 6.2 后续工作展望87-88
• 参考文献88-92
• 致谢92-93
• 在校期间发表学术论文情况93
• 在校期间参加科研情况93-94

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

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本文编号：684850