航空燃气涡轮发动机控制PDF电子书下载

1 绪论 1

1.1 航空燃气涡轮发动机控制系统的组成、功能和基本原理 2

1.1.1 控制系统的组成 2

1.1.2 控制系统的功能和基本原理 3

1.2 航空燃气涡轮发动机控制系统的发展及展望 5

1.2.1 数字式电子控制 5

1.2.2 多变量控制 8

1.2.3 综合控制 11

1.2.4 容错控制 12

1.2.5 分布式控制 14

1.2.6 模型基控制 15

1.2.7 健康管理 18

1.2.8 主动控制 19

1.3 航空燃气涡轮发动机控制系统的设计要求 20

1.3.1 性能要求 20

1.3.2 可靠性要求 22

1.3.3 重量要求 23

1.3.4 维修性要求 23

2 航空燃气涡轮发动机的建模与仿真 25

2.1 引言 25

2.1.1 发动机数学模型的种类 25

2.1.2 对模型的要求 26

2.1.3 建模方法 27

2.2 部件级模型 28

2.2.1 稳态部件级模型及其仿真 29

2.2.2 动态部件级模型及其仿真 32

2.2.3 容积动力学和传热动力学 33

2.2.4 改善模型收敛性的方法 36

2.2.5 提高模型实时性的措施 41

2.3 状态变量模型 43

2.3.1 偏导数法 43

2.3.2 拟合法 47

2.3.3 需注意的几个问题 50

2.4 智能模型 53

2.4.1 人工神经网络模型 54

2.4.2 遗传算法建模 58

2.5 自适应模型 63

2.5.1 自适应模型概述 63

2.5.2 输入转换模块 65

2.5.3 状态变量模型模块 65

2.5.4 增广状态变量模型模块 66

2.5.5 卡尔曼滤波器模块 67

2.5.6 神经网络模块 68

2.5.7 稳态基线模型模块 69

2.5.8 输出转换模块 69

2.5.9 非线性计算模块 69

2.5.10 仿真结果 70

2.6 组件对象模型 71

2.6.1 引言 71

2.6.2 组件化设计思想 73

2.6.3 COM接口 73

2.6.4 动态链接库 75

2.6.5 部件模型的组件化 76

2.6.6 组建发动机模型 77

3 航空燃气涡轮发动机稳态控制 82

3.1 发动机稳态共同工作及控制计划 82

3.1.1 发动机的共同工作 82

3.1.2 涡扇发动机的控制计划 83

3.2 单转子发动机稳态控制 84

3.2.1 单转子发动机控制零极点对消法设计 86

3.2.2 单转子发动机控制根轨迹和频率响应设计 88

3.2.3 PID控制参数对发动机响应的影响 95

3.3 双转子（涡扇）发动机稳态控制 97

3.3.1 不带执行机构动力学的双转子（涡扇）发动机PI控制律设计 99

3.3.2 带有执行机构动力学的双转子（涡扇）发动机PID控制律设计 101

3.4 发动机控制量的选择——用燃油流量比作为控制变量 103

3.5 航空发动机控制的全包线扩展 104

4 航空燃气涡轮发动机过渡态控制 106

4.1 发动机过渡态控制总述 106

4.1.1 发动机起动过程控制要求 106

4.1.2 发动机加速过程控制要求 107

4.1.3 发动机减速过程控制要求 107

4.2 过渡态控制设计方法 108

4.2.1 基于程序的过渡态控制（开环控制） 108

4.2.2 基于转加速度（？）的过渡态控制（闭环控制） 109

4.3 加减速控制 114

4.3.1 基于程序的加、减速控制 115

4.3.2 基于？的加、减速控制 116

4.4 加速控制过程中的非线性 118

4.4.1 增益调参 118

4.4.2 抗积分饱和 121

4.5 限制保护控制器设计 123

4.6 控制综合 126

4.6.1 单转子发动机控制器综合 126

4.6.2 双转子发动机控制器综合 133

5 航空燃气涡轮发动机先进控制技术 141

5.1 发动机鲁棒控制 141

5.1.1 发动机ALQR控制方法 141

5.1.2 发动机H∞LTR控制技术 146

5.2 发动机智能控制 153

5.2.1 发动机自适应神经网络PID控制 154

5.2.2 发动机神经网络逆模型PI控制 157

5.3 发动机性能蜕化缓解控制 159

5.3.1 性能蜕化缓解控制机理 159

5.3.2 推力估计技术 160

5.3.3 性能蜕化缓解控制器设计 166

5.4 发动机综合性能实时优化控制 168

5.4.1 概述 168

5.4.2 发动机性能寻优控制原理 169

5.4.3 发动机性能寻优控制算法 170

5.4.4 性能寻优用的机载发动机模型 172

5.4.5 发动机性能寻优控制数字仿真验证 175

5.5 发动机涡轮主动间隙控制 179

5.5.1 概述 179

5.5.2 发动机涡轮叶尖间隙模拟及主动控制原理 180

5.5.3 数字仿真验证 186

5.6 发动机主动稳定性控制 189

5.6.1 概述 189

5.6.2 基于相关度测量的主动稳定性控制技术原理 190

5.6.3 发动机主动稳定性控制器设计 192

5.6.4 基于压力相关度测量的主动稳定性控制仿真算例 195

6 航空燃气涡轮发动机容错控制 199

6.1 基于系统重构的多通道容错控制 199

6.1.1 故障检测 199

6.1.2 余度技术 200

6.1.3 容错控制 202

6.2 基于支持向量机的传感器解析余度技术 203

6.2.1 约简最小二乘支持向量机 204

6.2.2 在线训练约简最小二乘支持向量机 205

6.2.3 基于在线RLSSVR的航空发动机传感器解析余度 208

6.3 基于离线训练神经网络的传感器解析余度技术 211

6.3.1 基于BP神经网络的稳态智能映射模块 212

6.3.2 基于BP神经网络的动态智能修正模块 213

6.3.3 基于Kalman滤波器的发动机蜕化影响补偿模块 215

6.4 基于控制器切换的主动容错控制 217

6.5 基于模型的执行机构故障诊断技术 218

6.5.1 执行机构故障诊断系统设计 218

6.5.2 执行机构模型 219

6.5.3 发动机逆模型 220

6.5.4 执行机构故障诊断仿真 222

7 航空燃气涡轮发动机健康管理 225

7.1 健康管理系统概述 225

7.1.1 机载健康管理系统 226

7.1.2 地面健康管理系统 227

7.1.3 健康管理系统的信息处理 228

7.2 发动机健康监视系统 229

7.2.1 发动机健康监视系统体系结构 230

7.2.2 发动机结构健康监视系统 231

7.2.3 发动机气路健康监视系统 233

7.3 基于模型的发动机健康评估 234

7.3.1 对象分析 235

7.3.2 奇异值分解方法 237

7.3.3 基于奇异值分解的健康分析 238

7.4 发动机故障定位技术 239

7.4.1 最小二乘支持向量分类机 240

7.4.2 极端学习机 243

7.4.3 传感器与部件故障诊断系统 244

8 大飞机涡扇发动机典型控制系统 248

8.1 发动机燃油系统概述 248

8.2 发动机燃油系统工作原理 249

8.3 燃油供给和分配系统 250

8.3.1 燃油供油管道 251

8.3.2 具有离心增压级和主齿轮级的燃油泵 251

8.3.3 燃油／滑油热交换器 252

8.3.4 燃油滤 252

8.3.5 燃油滤压差开关 252

8.3.6 伺服燃油加热器 252

8.3.7 液压机械装置（HMU） 253

8.3.8 燃油流量变送（传感）器 253

8.3.9 燃油温度传感器 253

8.3.10 燃油总管 253

8.3.11 燃油喷嘴 253

8.3.12 燃烧室排油阀 254

8.4 FADEC系统 254

8.4.1 概述 254

8.4.2 FADEC功能 254

8.4.3 FADEC接收的输入信号 256

8.4.4 FADEC的核心部件ECU 257

8.4.5 ECU接口 257

8.4.6 发动机控制的又一重要部件HMU 259

8.4.7 FADEC的其他外围元部件 260

8.5 发动机起动控制 263

8.5.1 发动机起动概述 263

8.5.2 起动／点火 263

8.5.3 正常自动起动 263

8.5.4 正常手动起动 265

8.5.5 发动机运转 265

8.6 涡轮主动间隙控制系统 266

8.6.1 高压涡轮主动间隙控制系统 266

8.6.2 低压涡轮主动间隙控制系统 267

8.7 压气机控制 267

8.7.1 可变放气阀（VBV）控制系统 267

8.7.2 可变静止叶片（VSV）控制系统 268

8.8 反推力控制 268

8.9 功率控制 269

8.9.1 油门控制 269

8.9.2 油门控制杆 270

8.9.3 反推力装置控制杆 271

8.9.4 油门控制手感装置 272

8.9.5 ENG/MASTER控制 272

附录 A8 缩写符号和专用名词说明 272

索引 274