航空發(fā)動機多模態(tài)切換控制方法研究.pdf

1、隨著航空發(fā)動機控制系統(tǒng)的發(fā)展，智能發(fā)動機技術已經(jīng)成為其重要的發(fā)展方向。智能發(fā)動機通過“健康”管理，實時監(jiān)視性能和環(huán)境的變化，根據(jù)狀態(tài)的變化切換到相應的控制模式，從而大大提高發(fā)動機性能、可靠性、備戰(zhàn)性，并延長發(fā)動機的壽命。航空發(fā)動機多模態(tài)切換控制技術作為智能發(fā)動機的關鍵技術，正受到越來越多的關注，已成為研究的熱點。本文圍繞航空發(fā)動機多模態(tài)切換控制這一主題，研究了航空發(fā)動機建模、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、要工作和貢獻如下：
　　 (1)建立了某型渦扇發(fā)動機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。仿真結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，設計了不同結構控制通路的模糊切換控制器，基于無源性理論對航空發(fā)動機多路模糊切換控制系統(tǒng)進行了穩(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)動機加速過程分為三個階段，在不同階段引入不同的目標函數(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。仿真結果表明，該方法不僅能夠提高發(fā)動機加速性能，而且能保證航空發(fā)動機分段加速過程平滑過渡。
　　 (4)分別運用基于數(shù)據(jù)和基于模型的方法來設計航空發(fā)動機部件故障和傳感器故障的診斷和隔離系統(tǒng)。結合云理論和關聯(lián)度分析方法，提出了基于知識的云關聯(lián)度方法，并在分析航

5、空發(fā)動機傳感器故障和部件故障特點的基礎上，利用云關聯(lián)度方法，設計了航空發(fā)動機部件、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。設計了基于卡爾曼濾波器的發(fā)動機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，提出了雙層閡值機制，提高了傳感器故障診斷系統(tǒng)的準確性和魯棒性。建立了航空發(fā)動機部件與傳感器故障診斷與隔離系統(tǒng)，該系統(tǒng)不僅能夠對發(fā)動機傳感器故障、部件故障以

6、及部件與傳感器同時故障進行區(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)動機復合故障診斷的精度。
　　 (5)綜合發(fā)動機控制和故障診斷方法，設計基于控制模式切換的發(fā)動機容錯控制系統(tǒng)，包括任務級模式和發(fā)動機級模式。任務級模式主要針對發(fā)動機部件故障情況，設計了航空發(fā)動機性能恢復控制系統(tǒng)，系統(tǒng)根據(jù)發(fā)動機的工作狀態(tài)以及健康狀態(tài)在常規(guī)轉速控制模式、穩(wěn)態(tài)性能恢復控制模式和加速性能恢復控制模