航空发动机机械液压控制器建模及仿真技术研究

以流量连续方程和力平衡方程为基础,研究了航空发动机机械液压控制器典型部件的建模方法以及系统中存在的北线性环节的描述方法。对某型航空发动机慢车转速燃油控制系统进行了建模和数字仿真研究,结果与工程实践中现场的情况一致,效果优于常规的仿真方法。工程实践已经验证了仿真研究给出的主要的控制器参数改变的建议是正确的,使控制系统的性能达到了设计要求。这表明所提出的航空发动机机械液压控制器建模和仿真方法是正确、有效的。     

一种涡扇发动机加速过程仿真研究方法

研究飞机飞行状态优化,取决于发动机的稳定控制.影响发动机性能的是加速器的控制稳定状态.为了研究某型航空发动机加速过程及加速控制系统性能,提出了分别独立建立涡扇发动机加速控制系统的AEMSitn数学模型和涡扇发动机的AMESet数学模型,并在AMESim软件平台上对控制系统模型和发动机模型进行联合仿真的仿真研究方法.仿真研究结果表明,所建立的联合仿真模型的动静态特性良好,仿真精度高,具有较高的置信度.机械液压式加速控制器能够顺利完成发动机加速过程控制,各项参数变化符合设计要求.提出的仿真研究方法能够成功仿真涡扇发动机加速过程,可为产品的设计提供有价值的参考.     

AMESim仿真技术在航空动力控制系统中的应用

针对航空动力机械液压式控制系统结构复杂,建模困难的问题,分析了AMESim仿真软件在航空动力控制系统建模仿真中的优势;以航空发动机机械液压控制器的压差控制器为例,应用AMESim建模仿真技术,使用图形化建模方法建立了系统的仿真模型,分析了压差控制器的性能以及重要参数对系统性能的影响.结果表明,应用AMESim建立的航空动力控制系统模型可读性好,可修改性好,可观测性强,仿真结果具有很高的精确度.     

航空发动机全飞行包线鲁棒控制器设计研究

对全飞行包线内的发动机控制问题展开研究,分析了包线的划分和标称点的确定问题,提出了根据发动机进口参数的相对变化指标对飞行包线进行划分的方法.同时将二自由度H∞鲁棒控制方法引入航空推进系统的控制器设计中,克服了传统鲁棒控制器无法兼顾系统的性能和鲁棒性要求的缺陷.最后在设计的航空发动机数控系统快速原型化实时仿真平台上进行了仿真,证实了所提出的全包线划分方法的正确性和所设计的增益调度鲁棒控制器在某型航空发动机全包线控制上的良好性能.     

一种发动机供油控制系统仿真研究方法

为缩短某型航空发动机供油控制系统的研发周期,降低研发费用,采用了一种基于供油控制系统的核心部件一液压放大器的工作机理以及大量试车数据的系统建模和仿真研究方案.仿真结果表明,供油控制系统能够在不同的工作点很好地完成供油量控制任务,所建立的供油控制系统数学模型可较为精确地仿真供油控制系统的工作过程,数学模型的动静态性能均符合工程实际需求,具有较高的置信度.上述系统建模及仿真研究方法合理可行,具有一定的理论意义与工程实用价值.     

航空发动机模糊神经网络控制研究

航空发动机是一个结构复杂、非线性强的多变量控制对象.随着航空发动机全权限数字式电子控制器的研制和应用,控制变量也随着发动机性能要求的不断提高而越来越多,发动机智能控制技术的应用式必然的趋势.本文将智能控制引入到航空发动机多变量控制中,将模糊控制和神经网络相结合,设计出了航空发动机模糊神经网络控制器.并以某型涡扇发动机为被控对象,进行了数字仿真研究,检验了该方法的适应性.     

一种航空发动机导叶角度调节器控制方法研究

航空发动机静子导流叶片角度数字电子控制系统的性能和可靠性对发动机的正常工作十分重要;为获得发动机的最优性能,提高飞行可靠性,并保证压气机工作稳定性,文章提出了一种基于RBF (Radial Basis Function)神经网络的PID控制器,构建了3层神经网络数学模型;在AMESim软件平台上,建立了该航空发动机导叶控制系统的数学模型,在Matlab/Simulink中搭建了RBF神经网络控制器;仿真结果表明,在相同参数设置下,本文所设计的控制器与传统PID控制器相比能够实现导叶角度调节器作动筒位移的更加快速、精确控制,表明该控制器设计方法是可行、有效的.     

航空发动机LQG/LTR多变量控制器实验验证

针对航空发动机这一具有耦合和强非线性被控对象,引入了LQG/LTR多变量控制器设计方法,在介绍其原理的基础上利用该方法设计了某型航空涡扇发动机的LQG/LTR控制器;为了检验所设计控制器的性能,设计了硬件在回路仿真系统,从软件编程和硬件选型构建两方面介绍了仿真系统的设计方法,并利用构建的仿真系统验证了所设计的LQG/LTR控制器具有良好的鲁棒性和抗干扰性,表明LQG/LTR方法适合用于航空发动机多变量控制器设计,所设计的硬件仿真系统能较好的再现发动机及其控制系统的工作过程.     

基于PID网络的航空发动机多变量系统解耦控制

研究飞机发动机稳定性控制问题,由于航空发动机是多变量系统,各同路间存在耦合现象,影响系统稳定性能.为保证飞行可靠性,提出采用PID网络设计航空发动机多变量系统的解耦控制器.根据发动机的工作原理及变量选择的一般原则,利用改进的最小二乘法拟合建立发动机四变量小偏差状态模型,并添加动量PID网络设计航空发动机四变量系统的解耦控制器进行仿真.结果表明,建立的航空发动机四变量系统解耦控制器具有解耦性强、调节时间短、精度高等特点,满足航空发动机控制器设计的要求,为设计提供了科学依据.     

涡轮叶顶间隙数值仿真

叶顶间隙显著地影响着现代航空发动机的经济性和可靠性,叶顶间隙主动控制技术可以降低燃油消耗率的同时,保证安全性的要求.基于某型航空发动机的结构尺寸,分别建立了机匣、叶片、轮盘的数学模型.利用自行开发的叶顶间隙仿真程序,改进了叶片和涡轮盘数学模型,并与某型发动机整机的模拟程序相结合,计算了某型航空发动机高压涡轮叶顶间隙的时间历程变化.结果表明:叶顶间隙分别在慢车突然加速和反推力状态下出现最小值.叶顶间隙的计算结果基本上符合试验数据,说明该仿真程序不仅计算速度快,而且还具有足够的精度.     

Real-time multi-rate HIL simulation platform for evaluation of a jet engine fuel controller

A new Hardware-In-the-Loop (HIL) platform is developed for testing of a turbojet engine fuel control system using a multi-rate simulation platform. The HIL equipment consists of an industrial PC and a commercial I/O board for jet engine simulation as the controlled process and an Electronic Control Unit (ECU) as the fuel controller. The controlled process consisting of actuator, physical process and sensors is fully simulated in HIL simulation. However, the high resolution signals of some components in the HIL simulation cause the real-time simulation to become difficult due to the need of small time-steps. As a result, the disparity between the jet engine model sampling rate and these high resolution signals requires a multi-rate simulation. In this study, a multi step size simulation is developed using multiple processors. These processors are designed to synchronize the status of the engine model with the control system as well as to convert the raw data of the I/O boards to actual input and output signals in real-time. These features make the HIL equipment more effective and flexible. The HIL environment is proved to be an efficient tool to develop various control functions and to validate the software and hardware of the engine fuel control system.     

燃料电池动力系统硬件在环仿真开发

建立了燃料电池硬件在环仿真系统平台，包括燃料电池动力系统各部件模型和控制系统底层软硬件平台，对多能源动力系统能量管理的不同控制算法进行了分析。硬件在环仿真系统在动力控制系统开发中得到了广泛的应用，并对恒压控制算法进行了台架试验，验证了硬件在环仿真系统的有效性。     

FADEC硬件在回路测试系统设计

发动机全权限数字电子控制器(FADEC)对航空发动机进行实时在线控制,其控制效果直接影响发动机的安全运行.硬件在回路测试系统是FADEC设计与验证的重要手段之一.设计了一种FADEC硬件在回路测试系统,该系统包括发动机电子控制器(EEC)、接口模拟器、发动机和飞机模型及其显示系统.该系统可以实时模拟发动机和飞机的各种传感器、执行机构信号,对FADEC进行高效、全面的验证,主要包括控制规律、EEC的接口电路、自检测、容错和重构策略等.通过大量的试验测试表明,该系统能够实现实时、稳定、高效的闭环仿真,达到了验证控制算法和控制逻辑的要求.     

某飞机辅冷系统IMA应用实时验证模型研究

某飞机环控增加蒸发制冷式辅助冷却系统(简称辅冷系统),对多个厨房、大功率电子设备以及设备舱进行冷却。为了对综合模块化航空电子系统(IMA)驻留应用进行硬件在环(HIL)测试验证,开展辅冷系统实时仿真模型研究。在对辅冷系统冷凝器等关键部件的建模原理进行数学描述后,利用MATLAB/Simulink进行部件建模与仿真分析,并根据建模框架对辅冷系统模型进行集成与仿真,最后将模型下载到实时机对IMA应用进行HIL测试。仿真与测试结果表明,制冷剂工作压焓曲线满足要求,辅冷系统模型仿真误差满足要求,可以对IMA应用进行实时的仿真验证。首次利用模型开展制冷剂在关键部件的工作压焓曲线以及飞机辅冷全系统的HIL测试研究,该研究对制冷领域的系统级实时仿真验证具有参考意义。     

模糊控制在摆缸位置伺服系统中的应用

由于摆动气缸的摩擦转矩、空气可压缩性、比例阀的压力特性等非线性因素的存在,要得到摆缸伺服系统精确的数学模型十分困难,而且气动系统易受周围环境因素的影响,当采用传统PID控制时,很难使系统长时间保持良好的控制效果,尤其是当有一定的外界干扰之后会导致系统工作不稳定.利用Matlab实时仿真模块的功能,把模糊自适应整定PID的控制算法引入到伺服系统的控制器设计中,搭建的半实物仿真模型,对系统进行半实物仿真实验,并通过不断地在线修改控制规则,提高控制器的控制性能,实验结果表明,模糊PID控制效果良好.     

Time Delay Compensation for Hardware-in-the-loop Simulation of a Turbojet Engine Fuel Control Unit Using Neural NARX Smith Predictor

Hardware-in-the-loop (HIL) simulation is an effective technique that is used for development and testing of control systems while some of the control loop components are simulated in a proper environment and the other components are real hardware. In a conventional HIL simulation, the hardware is an electronic control unit which electronic control signals are communicated between the hardware and the software. But, HIL simulation of a mechanical component requires additional transfer systems to connect the software and hardware. The HIL simulation can achieve unstable behavior or inaccurate results due to unwanted time-delay dynamic of the transfer system. This paper presents the use of Smith predictor for time-delay compensation of transfer system in the HIL simulation of an electro-hydraulic fuel control unit (FCU) for a turbojet engine. A nonlinear auto regressive with exogenous input (NARX) neural network model is used for modeling and predicting the FCU behavior. The neural model is trained by Levenberg-Marquardt algorithm and the training and validation sets are generated using the amplitude modulated pseudo random binary sequence (APRBS). The consistency of the experimental real-time simulation and off-line simulation shows the applicability of the presented method for mitigating the effect of unwanted dynamic of the transfer system in the HIL simulation.

     

涡桨发动机一体化建模与控制系统动态仿真

以某型单转子涡桨发动机为研究对象,分别建立发动机、螺旋桨和执行机构的数学模型。在此基础上,研究带有前馈环节的比例-积分-微分（PID）控制器,形成包含发动机、螺旋桨、控制系统和执行机构在内的涡桨发动机一体化数学模型。开发涡桨发动机离线仿真平台,对发动机的动态特性进行图形化仿真。仿真结果验证表明：所建立的涡桨发动机一体化数学模型满足设计要求,反映了各子系统之间的复杂集成和耦合关系,利用系统模型仿真进行控制系统的组合优化能够有效提高系统性能。     

基于Modelcia的空调半实物仿真系统的设计与实现

为进行多领域空调系统的整体性能分析,基于Modelica建立了串口通信模型和空调模型,利用自编程的信号调理电路和已建立的串口通信模型将空调模型与空调控制器进行连接,建立了空调半实物仿真系统,仿真实验结果证明了本系统的有效性。本空调半实物仿真系统为多领域系统的半实物仿真提供了一套新的解决方案,可有效提高产品研发效率,降低研发成本。     

Functional test environment for time-triggered control systems in complex MPSoCs

Many safety-critical and especially mixed-criticality computer systems are realized as a time-triggered (TT) system. Such systems execute one or more tasks according to a pre-determined scheduling. For the integration of functionality on such a TT MPSoC, not only the timing, but also the interplay of functional behavior and timing, needs to be validated.In this work we are proposing a new test environment for TT systems. Our proposed framework captures the TT system configuration, performs consistency checks and generates a fast executable simulation model. In the past, functional integration testing has been performed on a prototyping board, sometimes in a Hardware-in-the-Loop (HIL) configuration to support testing against a complex environment model. Compared to a simulation model, a HIL setup requires high effort, has a comparable low observability and is more difficult to debug. For this reason we propose the GALI (Globally Accurate, Locally Inaccurate) simulation model that combines an instruction accurate simulation engine with a global time-triggered scheduler. Thus, combining the low-level view on the implemented system with very good testability and debuggability.The proposed configuration and simulation platform accelerates the design and implementation of future TT systems. We evaluate our presented approach on a safety-relevant multirotor system.     

A HIL Testbed for Initial Controller Gain Tuning of a Small Unmanned Helicopter

A Hardware-In-The-Loop (HIL) testbed design for small unmanned helicopters which provides a safe and low-cost platform to implement control algorithms and tune the control gains in a controlled environment is described. Specifically, it allows for testing the robustness of the controller to external disturbances by emulating the hover condition. A 6-DOF nonlinear mathematical model of the helicopter has been validated in real flight tests. This model is implemented in real-time to estimate the states of the helicopter which are then used to determine the actual control signals on the testbed. Experiments of the longitudinal, lateral and heading control tests are performed. To minimize the structural stress on the fuselage in case of controller failure or a subsystem malfunction, a damping system with a negligible parasitic effect on the dynamics of the helicopter around hover is incorporated. The HIL testbed is capable of testing the helicopter in hover, as well as on any smooth trajectories such as cruise flight, figure-8, etc. Experimentally tuning the controller on the HIL testbed is described and results in a controller which is robust to the external disturbances, and achieves an accuracy of ±2.5 cm in the position control on the longitudinal and lateral trajectory tracking, and ±5 deg accuracy around the yaw axis on the heading trajectory tracking.