脈沖爆震發(fā)動機推力控制方法研究.pdf

1、脈沖爆震發(fā)動機是一種通過可爆燃混合物間歇爆震產(chǎn)生推力的高效推進裝置，因為沒有旋轉(zhuǎn)部件，脈沖爆震發(fā)動機較傳統(tǒng)推進系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡單、可靠性高的特點。1990年以來國際上掀起了脈沖爆震發(fā)動機的研究熱潮，在脈沖爆震發(fā)動機性能分析模型、數(shù)值模擬和地面實驗研究等方面取得了一系列重要成果，但是有關(guān)脈沖爆震發(fā)動機控制問題的研究報道很少，而發(fā)動機點火控制和推力控制是保證脈沖爆震發(fā)動機正常工作的必不可少的子系統(tǒng)，開展這方面的研究具有重要的學術(shù)價值和應(yīng)用價值

2、。推力控制是發(fā)動機控制系統(tǒng)的最基本的功能，是本文的研究重點之一。脈沖爆震發(fā)動機具有間歇工作的特點，所以用平均推力表征其推力性能。發(fā)動機實際工作中需要根據(jù)飛行器的指令改變推力，研究表明通過控制爆震頻率和爆震強度都可以改變推力。本文建立了發(fā)動機推力分析模型，在此基礎(chǔ)上利用小擾動線化方法研究了爆震頻率控制和爆震強度控制的配合規(guī)律，并提出了以爆震周期平均壓力為反饋變量的推力控制策略。建立對象控制模型是控制系統(tǒng)研究的基礎(chǔ)性工作。脈沖爆震發(fā)動機具有

3、周期性間歇工作的特點，傳統(tǒng)的連續(xù)模型不適于描述脈沖爆震發(fā)動機的對象特性。本文基于描述爆震周期內(nèi)各參數(shù)平均值變化過程的變周期離散建模方法，建立了用于控制系統(tǒng)設(shè)計的脈沖爆震發(fā)動機離散模型，體現(xiàn)了發(fā)動機間歇工作的本質(zhì)特點，使脈沖爆震發(fā)動機這一復雜對象的建模問題得以大幅度簡化。本文把廣泛應(yīng)用于發(fā)動機控制的PWM液壓執(zhí)行機構(gòu)加入脈沖爆震發(fā)動機系統(tǒng)，組成廣義控制對象，并建立了廣義對象離散數(shù)學模型，為控制系統(tǒng)設(shè)計奠定了基礎(chǔ)。 針對脈沖爆震發(fā)動

4、變爆震周期推力控制系統(tǒng)設(shè)計問題，本文提出了兩種設(shè)計方法。基于變參數(shù)分段控制思想，提出多通道數(shù)字控制器設(shè)計方法，根據(jù)不同爆震周期切換到不同的數(shù)字控制器，解決了變周期數(shù)字控制器設(shè)計問題，仿真驗證了該設(shè)計方法的有效性；借鑒多采樣率系統(tǒng)的思想，將廣義對象等效成具有多個采樣率的虛擬對象，設(shè)計了變采樣周期系統(tǒng)的二次型最優(yōu)控制器，仿真結(jié)果表明最優(yōu)控制器能夠滿足各個采樣速率下的控制性能要求。 從單個周期的瞬態(tài)過程角度來看，脈沖爆震發(fā)動機的性能(