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.     

某型发动机几何通道控制系统建模与仿真

为了改善和优化某型发动机几何通道控制系统的动、静态性能,利用基于键合图的液压机械系统建模仿真及动力学分析软件AMESim,以流量连续方程及力平衡方程为基础,采用图形化物理建模方式建立系统模型,用AEMSim提供的智能求解器对影响系统的动、静态性能的三个因素为几何通道控制系统的供油压力及流量、几何通道控制系统的电液伺服阀固有频率、几何通道控制系统的数字控制器参数进行仿真分析,给出了工程优化设计的结果。据此研制的某型航空发动机几何通道控制系统的试验表明,按照上述优化设计方案所研制的系统改进了发动机的性能。     

某新型航空发动机的建模及仿真研究

建立航空发动机的数学模型进行仿真实验在发动机的整个研制过程中尤为重要.针对目前大多航空发动机的建模及仿真研究都仅限于单轴或双轴发动机的问题,结合某新型航空发动机的特点提出三轴发动机的建模及仿真方法,并通过HIL仿真试验系统的综合测试.对比分析结果表明,某型航空发动机的数学模型具有较高的置信度,所提出的数学模型能够满足控制器HIL仿真、控制器测试等方面的应用要求.     

航空发动机几何位置调节器转换性能验证

研究某型航空发动机几何位置的调节时,采用了具有全功能液压备份控制器,是全权限数字电子控制器,若全权限数字电子控制器出现故障,系统应立即转换到液压机械备份控制方式,以保证系统工作正常。控制器转换性能的研究对系统的改进及故障检测有很大帮助。为保证发动机的可靠性,对数字电子控制器在系统稳态和过渡态工作点出现故障的情况,利用AMES im软件平台对控制器转换过程进行了动静态仿真,仿真结果验证了所设计控制器转换性能优良,控制器正常转换不会对系统正常工作造成较大影响。     

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.     

轮式移动机械臂的建模与仿真研究

移动机械臂系统一般由移动平台和机器臂组成,它既具有机器臂的操作灵活性,又具有移动机器人的可移动性,因此其应用范围要比单个系统宽得多。这篇文章主要研究了由非完整移动平台和完整机械臂组成的轮式移动机械臂系统的建模、跟踪控制及仿真问题。首先。利用拉格朗日动力学方程和非完整动力学罗兹方程建立了移动机械臂系统的精确数学模型;然后。利用非线性反馈将系统解耦。采用类PD控制器进行控制。在考虑了非完整约束及移动平台和机械臂的动态交互影响情况下,该控制算法保证系统同时跟踪给定的终端执行器和平台轨迹;最后,使用Maflah6．5对系统进行了仿真研究,仿真结果表明了其数学模型及控制方法的正确有效性。     

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.     

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.     

基于快速原型化的数控系统实时仿真平台研制

针对传统仿真方法存在的诸多问题,提出了一种用于航空发动机数字电子控制系统开发的快速原型化实时仿真方法,并研制了基于该方法的电子控制器在回路实时仿真平台;在进行大量试验与验证后,结果表明该平台是行之有效的,并且能够很好地解决仿真阶段普遍存在的一些问题,不仅为某型涡扇发动机数控系统的开发提供了一个实时仿真平台,同时为扩建一种用于航空发动机数控系统开发和验证的、新型的完全半物理仿真平台奠定了基础,具有一定的工程实用价值。     

基于遗传算法的发动机模糊控制

模糊控制不依赖被控对象的数学模型，模糊控制应用于航空发动机控制取得了较好的效果。但是，模糊控制设计，较多地依赖设计者的主观经验，工作量大、负担重。遗传算法具有良好的寻优能力，该文将遗传算法应用到了航空发动机模糊控制中，使大量的设计寻优工作，可以通过程序自动寻优，对遗传算法寻优的发动机模糊控制系统进行了仿真，结果表明遗传算法不但改进了发动机模糊控制器的设计，而且整个控制系统具有良好的性能。     

Dual-terminal event-triggered dynamic output feedback H∞ control for aero engine networked control systems with quantization

This study deals with the problem of dual-terminal event-triggered dynamic output feedback (DOF) control for aero engine networked control systems (NCSs) subject to network-induced delay, external disturbance, and quantization effects. First, we established a generalized mathematical model of the aero engine. Second, a dual-terminal dynamic event-triggered mechanism (DETM) was designed to reduce the utilization of the network bandwidth. In addition, a DOF controller with a compensation function was proposed to stabilize the system. By utilizing the Lyapunov-Krasovskii (LK) method, the stability criteria were determined. Accordingly, the design conditions of the DOF controller and DETMs were presented. Furthermore, based on a genetic algorithm (GA), a parameter tuning method was proposed to obtain the allowable delay upper bound with less conservatism. Finally, some examples were presented to show the effectiveness and superiority of the presented scheme.     

基于LPV模型的鲁棒故障检测滤波器设计

针对航空发动机动态过程中由于模型误差造成故障检测误报的问题,采用雅克比方法建立航空发动机动态线性变参数(LPV)数学模型反映发动机动态特性,利用特征结构配置法设计故障检测滤波器,较好地消除了模型偏差对故障检测准确率的影响.通过某型涡扇发动机控制系统传感器典型软、硬故障检测仿真实验表明,该方法提高了残差信号对模型误差和未知输入信号的鲁棒性,对发动机加减速过渡过程中故障检测准确度高,实时性好.     

航空发动机分数阶PID控制器的参数自整定方法

控制器作为航空发动机的大脑,是保障发动机正常运行的核心部件,随着对发动机控制器精度和时效性的要求越来越高,传统PID控制器的性能亟需进一步提升.本文提出了改进的分数阶PID离线和在线参数整定方法,应用于涡扇发动机推力的控制中.首先,利用Caputo分数阶微积分定义建立分数阶PID模型,实现时域上的数值计算;其次,基于对数正态分布提出了改进的布谷鸟算法,实现了分数阶PID离线参数整定;然后,结合RBF网络设计参数线上整定方法,解决了参数在线整定问题;最后将相关理论应用于发动机推力的控制中,结果表明,相比其他几种优化算法,改进的布谷鸟优化算法对分数阶PID控制参数整定效果最好;利用RBF神经网络对分数阶PID进行在线整定时控制效果稳定,且分数阶PID的控制效果优于传统的PID控制,能提高对推力的控制能力.     

航空发动机控制系统故障检测仿真平台研究

通过分析目前航空发动机控制系统故障检测仿真软件缺乏通用性、模块化的问题,将发动机建模、故障检测和组件开发技术相结合,提出并设计了航空发动机控制系统故障检测仿真平台,分析该平台的设计目标、软件总体架构与主要功能.针对某型涡扇发动机为研究对象,给出传感器与执行机构典型故障的模式分析和检测逻辑,在飞行包线设计点进行仿真计算.实践表明该平台能够准确实时仿真发动机控制系统典型故障,具有功能可靠、易扩展、工程化程度高的特点.     

故障检测滤波器鲁棒性设计新方法

针对航空发动机动态过程中由于模型误差造成故障检测误报的问题,采用参数变化率法建立航空发动机动态线性变参数(LPV)数学模型反映发动机动态特性,同时结合全维非线性未知输入观测器,利用特征结构配置实现故障检测滤波器对于被控对象模型误差和系统不确定性因素的干扰解耦.通过某型涡扇发动机控制系统传感器故障检测仿真表明,减小残差信号与故障信号之间的误差,提高了残差信号对模型误差和未知输入信号的鲁棒性,对发动机过渡过程中故障检测准确度高,实时性好.     

网格环境下的航空发动机集成设计与分布仿真研究

建立了一个开发航空发动机分布仿真的系统环境．该环境中子模型具有自治性,子模型的设计者可以根据自己的需要选择所使用的工具,定义变量以及他们与其他设计者之间的关系．应用新兴的网格技术建立了一个集成设计和分布仿真的环境框架,它可以灵活地建立和修改基于部件对象模型建立起来的航空发动机模型,并尝试解决仿真中存在的多学科耦合以及大计算量的问题．该框架具有图形化界面,可以方便地更改发动机的参数和结构,其所具有网格技术的易扩展性也为今后建立更复杂的发动机模型提供了良好的平台．研究人员可以应用该系统提供的可扩展设计和仿真环境,灵活地组建新的航空发动机模型并进行仿真．     

光栅刻划机的建模与仿真方法研究

用于制作母光栅的光栅刻划机的性能指标直接决定最终生产的光栅质量。为此,采用基于虚拟样机的联合仿真策略,代替传统的物理样机开发。利用动力学分析软件Pro/Engineer和控制仿真软件Simulink分别建立光栅刻划机机械动力学模型及控制系统模型,实现机电一体化仿真分析。根据仿真结果确定控制系统参数,实验结果表明,使用该方法可降低开发成本,提高研发效率。     

变时滞不确定组合系统基于观测器的鲁棒镇定

研究一类孤立子系统中状态及控制输入均含有时变时滞,且互联项也含有时变时滞的不确定组合系统基于状态观测器的鲁棒控制问题.基于一组线性矩阵不等式（LMIs）解的存在性,并依据Razumikhin-type理论和Lyapunov稳定性理论,给出了保证系统可鲁棒分散镇定的充分条件及相应控制器的设计方法.分散控制器可通过求解一组LMIs得到.最后,利用一个数值例子验证了所给设计方法的有效性.     

Hydraulic actuated automotive cooling systems—Nonlinear control and test

The replacement of traditional automotive mechanical cooling system components with computer controlled servo-motor driven actuators can improve temperature tracking and reduce parasitic losses. The integration of hydraulic actuators in the engine cooling circuit offers greater power density in a smaller package space when compared with electric actuators. In this paper, a comprehensive nonlinear backstepping robust control technique is developed to regulate the engine coolant temperature by controlling a hydraulic coolant pump and radiator fan. An experimental test bench has been assembled to investigate the hydraulic automotive thermal system performance. Representative numerical and experimental results are presented and discussed. Overall, the proposed controller was successful in tracking prescribed engine temperature profiles while harmoniously regulating the power consumption of the coolant pump and radiator fan.