涡扇发动机控制系统传感器信号重构方法研究

发布时间：2017-09-08 22:12

  本文关键词：涡扇发动机控制系统传感器信号重构方法研究

  更多相关文章： 涡扇发动机 部件级模型 实时性 Broyden法 信号重构

【摘要】：传感器信号重构是提高航空发动机控制系统可靠性的重要基础。本文以某型大涵道比分开排气涡扇发动机为对象,在建立其部件级模型的基础上,通过提高模型计算效率,研究基于部件级模型的控制系统传感器信号重构方法。采用部件法,建立了大涵道比涡扇发动机非线性模型。建模时对内、外涵风扇分开建模,并考虑发动机引放气影响。开展了多点稳态仿真及慢车以上动态仿真,仿真结果验证了所建部件级模型的合理性,为传感器信号重构方法研究奠定了基础。基于已建立的部件级模型,从减少单次流路计算耗时和减少流路计算次数两方面研究提高计算实时性的方法。在VC++6.0平台下,采用多媒体定时器测试并分析各计算模块耗时,确定影响单次流路计算实时性的关键因素。通过建立气体热力属性插值表,结合折半查找和记录位置查找法,在不损失模型计算精度的前提下,使单次流路计算耗时减少80%,在3.3GHz Intel CPU硬件仿真平台下单次流路计算耗时0.02ms。分析Broyden法和Newton-Raphson法两种迭代求解方法对流路计算次数的影响,仿真结果表明Broyden法能显著提高计算效率,流路运行次数小于Newton-Raphson法。针对发动机控制系统气路传感器信号重构的需求,提出一种新的传感器信号重构方法,通过精简与改进部件级模型,利用有效传感器测量值,采用气动热力学计算方法重构故障传感器测量值。以某大涵道比涡扇发动机为对象,针对相应传感器制定信号重构子方案,实现传感器信号重构。与采用部件级模型重构传感器信号相比,本方案缩短计算流路,减少迭代求解变量,提高了重构实时性。在168MHz STM32F407硬件平台下,最大重构耗时为9ms。重构结果与试验数据相比,稳态重构误差小于2%,动态重构误差小于5%。
【关键词】：涡扇发动机 部件级模型 实时性 Broyden法 信号重构
【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】：2015
【分类号】：V233.7
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-11
• 注释表及下标11-12
• 第一章 绪论12-19
• 1.1 研究背景与意义12-13
• 1.2 国内外研究状况13-17
• 1.2.1 基于机载模型的传感器信号重构技术13-14
• 1.2.2 部件级模型用于传感器信号重构面临的挑战14-15
• 1.2.3 发动机部件级建模技术15-17
• 1.3 本文主要研究内容及章节安排17-19
• 第二章 大涵道比涡扇发动机部件级模型19-39
• 2.1 大涵道比涡扇发动机概述19-21
• 2.1.1 大涵道比涡扇发动机结构特点19-20
• 2.1.2 大涵道比涡扇发动机性能发展趋势20-21
• 2.2 部件级模型建模方法21-25
• 2.2.1 建模对象21-22
• 2.2.2 建模假设22-23
• 2.2.3 变比热法简介23-25
• 2.3 部件级数学模型25-32
• 2.3.1 进气道25
• 2.3.2 低压压气机25-26
• 2.3.3 高压压气机26-27
• 2.3.4 燃烧室27-28
• 2.3.5 高压涡轮28-30
• 2.3.6 低压涡轮30
• 2.3.7 内涵喷管30-31
• 2.3.8 外涵风扇31
• 2.3.9 外涵道31-32
• 2.3.10 外涵喷管32
• 2.4 发动机整机模型32-35
• 2.4.1 整机性能计算32
• 2.4.2 稳态仿真算法32-34
• 2.4.3 动态仿真算法34-35
• 2.5 仿真结果35-38
• 2.5.1 稳态仿真35-37
• 2.5.2 动态仿真37-38
• 2.6 本章小结38-39
• 第三章 部件级模型实时性改进方法39-50
• 3.1 引言39
• 3.2 部件级模型流路计算改进方法39-45
• 3.2.1 部件级模型流路计算耗时分析39-42
• 3.2.2 气体热力学属性计算改进方案42-44
• 3.2.3 特性图插值计算改进方案44
• 3.2.4 两种改进方案集成后效果对比44-45
• 3.3 部件级模型迭代计算改进方法45-49
• 3.3.1 部件级模型迭代方法对流路计算次数影响45
• 3.3.2 Newton-Raphson法和Broyden法基本原理45-47
• 3.3.3 算例与分析47-49
• 3.3.4 结论49
• 3.4 本章小结49-50
• 第四章 大涵道比涡扇发动机控制系统传感器信号重构50-65
• 4.1 引言50-51
• 4.2 传感器信号重构需求51
• 4.3 传感器信号重构方案51-58
• 4.3.1 P_(25)信号重构51-53
• 4.3.2 T_(25)信号重构53
• 4.3.3 Ps_3信号重构53-55
• 4.3.4 T_(495)信号重构55-56
• 4.3.5 T_5信号重构56
• 4.3.6 n_H信号重构56-57
• 4.3.7 n_L信号重构57-58
• 4.4 传感器信号重构算例与分析58-64
• 4.4.1 重构精度分析58-61
• 4.4.2 流路运行次数分析61-63
• 4.4.3 计算耗时分析63-64
• 4.5 本章小结64-65
• 第五章 总结与展望65-67
• 5.1 总结65-66
• 5.2 展望66-67
• 参考文献67-70
• 致谢70-71
• 在学期间的研究成果及发表的学术论文71

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