小型航空发动机传感器容错控制技术研究

论文摘要

某型导弹用小型航空发动机工作过程中，高压压气机后绝对压力传感器对于发动机起动、加速性能起到关键作用。近年的批量生产表明，绝压传感器发生故障多、概率大。因此，非常有必要考虑绝压传感器的冗余设计，以保证传感器故障失效情况下发动机也能安全工作，从而提高可靠性。本文结合工程实际需求，针对某小型航空发动机高压压气机后气流压力（P2）传感器容错控制问题，从传感器的硬件冗余、软件冗余及容错控制系统设计与仿真方面展开了深入研究。设计了新的P2传感器容错控制方案，使硬件冗余和软件冗余有机结合。并在此方案的基础上，进一步研究和建立了该型发动机P2传感器容错控制系统仿真模型，借助该系统仿真平台对大量典型故障进行了仿真实验研究，大量容错性能仿真结果获得了预期的效果。结果表明，P2传感器容错控制方案能够有效为发动机控制器提供可用的气流总压信号，可实现对P2传感器故障的有效容错，也检验了本文中所设计技术方案的有效性和准确性。本文研究成果对发动机控制系统性能研究分析、传感器容错系统开发及发动机系统改进、改型等工作的深入具有积极的指导作用和辅助功能，表现出显著的经济和工程价值，并有望在某型导弹发展型发动机的控制系统中得到应用。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究的背景和意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.3 论文主要工作
• 第2章 P2 传感器硬件冗余设计
• 2.1 P2 传感器硬件冗余设计
• 2.2 自适应加权融合估计算法
• 2.2.1 基于最小均方加权融合算法原理
• 2.2.2 基于虚方差概念的多传感器融合算法
• 2.3 传感器融合仿真及结果分析
• 2.3.1 传感器正常情形仿真
• 2.3.2 传感器测量方差变大情形仿真
• 2.3.3 传感器带故障情形仿真
• 2.4 本章小结
• 第3章 P2 传感器软件冗余设计
• 3.1 发动机平衡流模型
• 3.2 P2 传感器输出估计模型
• 3.2.1 基本原理
• 3.2.2 参考模型分析
• 3.2.3 传感器输出 UP2 估计总体模型
• 3.3 本章小结
• 第4章 P2 传感器容错控制设计
• 4.1 容错控制技术基本原理
• 4.2 故障检测
• 4.3 故障隔离与信号重构
• 4.4 基于硬件冗余的 P2 传感器 FDIA 分析
• 4.5 容错系统设计框架
• 4.6 基于软件冗余的 P2 传感器融合仿真分析
• 4.7 本章小结
• 第5章 P2 传感器容错控制仿真与分析
• 5.1 P2 传感器故障模型分析
• 5.2 容错控制仿真前提条件与参数设置
• 5.3 P2 传感器故障容错控制仿真分析
• 5.3.1 输出置零故障情况仿真分析
• 5.3.2 输出恒值偏差故障情况仿真分析
• 5.3.3 输出恒速漂移故障情况仿真分析
• 5.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果
• 致谢