传感器惯性动态建模与实时自校正的研究

论文摘要

在航空发动机控制系统中,用于反馈控制和极限控制的传感器对控制系统的性能起着关键的作用。这些传感器因惯性导致的延迟会影响控制系统的性能。本文从工程实际应用需求出发,以减小传感器的延迟为目的,研究传感器惯性的建模与校正的方法。论文首先从传感器延迟的机理出发,提出用有限差分法的Crank-Nicolson方法求解热电偶壁厚及空气层内的温度变化规律,研究热电偶壁厚及空气层给温度传感过程带来的延迟;提出从气动角度用黎曼方程来求解一维非定常简单波,得出某点压力随时间变化的规律,研究压力传感器进气管给压力传感过程带来的延迟。随后用实验方法测定传感器的动态特性,分别以恒温油槽、压缩机产生阶跃温度及压力变化,使用IOtech公司的USB数据采集器Personal daq 3000作为数据采集工具,采集热电偶、压力传感器在阶跃信号激励下的响应,获得传感器的动态特性。论文依据实验数据通过最小二乘法对传感器进行系统辨识,在模型的基础上,依据零极点配置的方法在SIMULINK中设计动态补偿器,并串联在原系统后,使原传感器的响应时间缩短,响应加快。最后,通过编制基于VC和NI控件的仿真程序、研制基于DSP的智能传感器平台、比较带延迟和补偿环节的发动机控制系统控制效果等方法分别验证延迟补偿算法。结果表明,补偿算法可以有效缩短传感器响应时间,改善发动机控制系统的控制效果。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 图表清单
• 注释表
• 第一章 绪论
• 1.1 研究目的和意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 对传感器本身结构进行重新设计
• 1.2.2 按需选择最合适的传感器
• 1.2.3 设计动态校正环节
• 1.3 本课题研究内容
• 1.3.1 传感器延迟机理分析
• 1.3.2 传感器动态标定实验方法
• 1.3.3 传感器动态模型的建模技术研究
• 1.3.4 传感器惯性的实时动态自校正方法研究
• 1.3.5 传感器自校正方法试验验证
• 1.4 论文研究内容及安排
• 第二章 传感器延迟的理论分析
• 2.1 热电偶延迟机理分析
• 2.1.1 热电偶延迟分析
• 2.1.2 热电偶延迟计算
• 2.2 压力传感器延迟机理分析
• 2.2.1 压力传感器延迟分析
• 2.2.2 压力传感器延迟计算
• 2.3 本章小结
• 第三章 传感器动态特性测量实验
• 3.1 数据采集系统的选定
• 3.2 热电偶动态标定实验
• 3.2.1 实验设备
• 3.2.2 实验方法
• 3.3 压力传感器动态标定实验
• 3.3.1 实验设备
• 3.3.2 实验方法
• 3.4 本章小结
• 第四章 传感器的建模与惯性自校正方法研究
• 4.1 建模与补偿方法概述
• 4.2 热电偶
• 4.2.1 热电偶建模
• 4.2.2 热电偶补偿
• 4.3 压力传感器
• 4.3.1 压力传感器建模
• 4.3.2 压力传感器补偿
• 4.4 本章小结
• 第五章 研究结果验证
• 5.1 基于VC 开发环境的热电偶补偿算法仿真
• 5.2 基于DSP 的压力传感器补偿算法开环实时验证
• 5.3 压力传感器补偿算法在航空发动机闭环控制中的验证
• 5.4 本章小结
• 第六章 总结与展望
• 6.1 总结工作
• 6.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 在学期间的研究成果及发表的学术论文