航空發(fā)動機(jī)多模態(tài)切換控制方法研究.pdf

1、隨著航空發(fā)動機(jī)控制系統(tǒng)的發(fā)展，智能發(fā)動機(jī)技術(shù)已經(jīng)成為其重要的發(fā)展方向。智能發(fā)動機(jī)通過“健康”管理，實(shí)時監(jiān)視性能和環(huán)境的變化，根據(jù)狀態(tài)的變化切換到相應(yīng)的控制模式，從而大大提高發(fā)動機(jī)性能、可靠性、備戰(zhàn)性，并延長發(fā)動機(jī)的壽命。航空發(fā)動機(jī)多模態(tài)切換控制技術(shù)作為智能發(fā)動機(jī)的關(guān)鍵技術(shù)，正受到越來越多的關(guān)注，已成為研究的熱點(diǎn)。本文圍繞航空發(fā)動機(jī)多模態(tài)切換控制這一主題，研究了航空發(fā)動機(jī)建模、模態(tài)切換方法、故障診斷以及基于模態(tài)切換的容錯控制方法。論文的主

2、要工作和貢獻(xiàn)如下：
　　 (1)建立了某型渦扇發(fā)動機(jī)非線性部件級模型和狀態(tài)變量線性模型。提出了基于變尺度法的混合求解方法來建立狀態(tài)變量線性模型，該方法避免了小擾動方法精度不高、穩(wěn)態(tài)終值響應(yīng)法動態(tài)過程不一致以及傳統(tǒng)擬合法的隨著維數(shù)增加精度下降和擬合時間長等缺點(diǎn)。仿真結(jié)果表明利用該方法建立的線性模型與非線性部件級模型在動態(tài)過程響應(yīng)中吻合良好，具有較高的穩(wěn)態(tài)精度。
　　 (2)針對航空發(fā)動機(jī)不同控制通路切換過程中參數(shù)跳變甚至系

3、統(tǒng)不穩(wěn)定問題，提出了模糊切換控制方法，設(shè)計了不同結(jié)構(gòu)控制通路的模糊切換控制器，基于無源性理論對航空發(fā)動機(jī)多路模糊切換控制系統(tǒng)進(jìn)行了穩(wěn)定性分析，給出了多路模糊切換控制系統(tǒng)穩(wěn)定的充分條件。仿真結(jié)果表明了該方法不僅能夠在全包線內(nèi)使切換過程穩(wěn)定過渡，保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性，而且還具有良好的動靜態(tài)性能。
　　 (3)研究了航空發(fā)動機(jī)分段加速優(yōu)化和加速過程的切換控制問題。將航空發(fā)動機(jī)加速過程分為三個階段，在不同階段引入不同的目標(biāo)函數(shù)以及采用不同的

4、約束條件，采用SQP算法分段優(yōu)化加速過程，得到了加速控制規(guī)律。提出了基于云模糊切換的分段最優(yōu)加速控制方法，解決航空發(fā)動機(jī)加速過程中各階段切換瞬間出現(xiàn)的參數(shù)跳變以及超限的問題。仿真結(jié)果表明，該方法不僅能夠提高發(fā)動機(jī)加速性能，而且能保證航空發(fā)動機(jī)分段加速過程平滑過渡。
　　 (4)分別運(yùn)用基于數(shù)據(jù)和基于模型的方法來設(shè)計航空發(fā)動機(jī)部件故障和傳感器故障的診斷和隔離系統(tǒng)。結(jié)合云理論和關(guān)聯(lián)度分析方法，提出了基于知識的云關(guān)聯(lián)度方法，并在分析航

5、空發(fā)動機(jī)傳感器故障和部件故障特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，利用云關(guān)聯(lián)度方法，設(shè)計了航空發(fā)動機(jī)部件、傳感器故障的識別系統(tǒng)，該系統(tǒng)不僅能夠區(qū)分發(fā)動機(jī)部件、傳感器故障，還能診斷發(fā)生故障的傳感器或部件位置。設(shè)計了基于卡爾曼濾波器的發(fā)動機(jī)部件故障與傳感器故障診斷方法。針對傳感器故障診斷過程中診斷閾值的選擇問題，提出了雙層閡值機(jī)制，提高了傳感器故障診斷系統(tǒng)的準(zhǔn)確性和魯棒性。建立了航空發(fā)動機(jī)部件與傳感器故障診斷與隔離系統(tǒng)，該系統(tǒng)不僅能夠?qū)Πl(fā)動機(jī)傳感器故障、部件故障以

6、及部件與傳感器同時故障進(jìn)行區(qū)分，而且對于部件與傳感器同時故障情況，能夠隔離出傳感器故障的位置以及部件故障的類型，提高了航空發(fā)動機(jī)復(fù)合故障診斷的精度。
　　 (5)綜合發(fā)動機(jī)控制和故障診斷方法，設(shè)計基于控制模式切換的發(fā)動機(jī)容錯控制系統(tǒng)，包括任務(wù)級模式和發(fā)動機(jī)級模式。任務(wù)級模式主要針對發(fā)動機(jī)部件故障情況，設(shè)計了航空發(fā)動機(jī)性能恢復(fù)控制系統(tǒng)，系統(tǒng)根據(jù)發(fā)動機(jī)的工作狀態(tài)以及健康狀態(tài)在常規(guī)轉(zhuǎn)速控制模式、穩(wěn)態(tài)性能恢復(fù)控制模式和加速性能恢復(fù)控制模