某型涡扇发动机实时建模与仿真研究

论文摘要

实时建模技术近几十年来一直都是航空发动机研究的重点课题。为了提高模型的实时性和收敛速度,本文研究一种新的部件简化方法,随后又设计了适合该模型的控制算法和数字仿真软件,并进行了对该模型的仿真研究。首先,本文提出了一种新的部件简化方法,分析了定比热法以及多项式拟合法对模型计算速度的影响,并研究了稳态模型求解方法和动态模型求解方法,在模型方程的求解过程中采用一步通过的N-R迭代算法。随后研究了针对该模型的PID控制算法,并用试凑法得到PID控制器的参数。最后本文又设计了该发动机实时模型的仿真软件,在此基础上开展了发动机实时模型的闭环数字仿真,之后又开展了基于串口通讯的双机实时仿真实验、信号接口模拟器在回路仿真实验和半物理仿真实验,仿真结果验证了该实时模型的精度和实时性,说明这种新的建模方法是可行的。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 概述
• 1.2 发动机实时模型的建模方法
• 1.2.1 简化的部件级实时模型
• 1.2.2 发动机状态变量模型
• 1.2.3 自适应类实时模型
• 1.3 研究内容及结构安排
• 第二章 建立某型涡扇发动机部件级实时模型
• 2.1 概述
• 2.2 沿发动机流程的各部件气动热力计算
• 2.2.1 进气道
• 2.2.2 风扇
• 2.2.3 压气机
• 2.2.4 外涵道
• 2.2.5 燃烧室
• 2.2.6 高压涡轮
• 2.2.7 低压涡轮
• 2.2.8 混合室
• 2.2.9 加力燃烧室
• 2.2.10 尾喷管
• 2.3 定比热法在模型计算中的应用
• 2.4 多项式拟合法在简化模型中的应用
• 2.5 建立各部件共同工作方程
• 2.5.1 稳态控制方程
• 2.5.2 动态控制方程
• 2.6 模型求解
• 2.6.1 稳态模型求解
• 2.6.2 动态模型求解
• 2.7 一次通过算法
• 2.8 与传统建模方法的比较
• 2.9 模型的开环仿真
• 2.10 小结
• 第三章 模型控制算法研究
• 3.1 概述
• 3.2 PID 控制器设计
• 3.2.1 PID 技术简介
• 3.2.2 PID 参数整定的方法
• 3.3 主燃油量控制
• 3.4 尾喷口面积 A8 控制
• 3.5 本章小结
• 第四章 模型的软件设计及闭环仿真
• 4.1 面向对象的分析和设计方法
• 4.1.1 面向对象方法的基本概念
• 4.1.2 面向对象建模与仿真的优越性
• 4.2 程序内核设计
• 4.2.1 发动机模型类
• 4.2.2 发动机控制类
• 4.3 人机交互界面设计
• 4.4 模型闭环仿真研究
• 4.5 小结
• 第五章 双机实时仿真
• 5.1 概述
• 5.2 实验准备
• 5.2.1 双机实时仿真的硬件连接
• 5.2.2 高速率全双工串口通信
• 5.2.3 数据的整型化
• 5.2.4 双机实时仿真的原理
• 5.3 仿真过程和结果
• 5.4 小结
• 第六章 半物理仿真
• 6.1 仿真实验方案
• 6.2 信号模拟器
• 6.2.1 转速传感器信号的模拟
• 6.2.2 温度传感器信号的模拟
• 6.2.3 压力传感器信号的模拟
• 6.2.4 LVDT 位移传感器信号的模拟
• 6.3 半物理仿真实验过程中的数据通讯
• 6.4 仿真实验结果
• 6.5 仿真结果分析
• 6.6 小结
• 第七章 总结与展望
• 7.1 全文总结
• 7.2 进一步的工作展望
• 附录1 定时器 QueryPerformance的应用程序
• 参考文献
• 致谢
• 在学期间的研究成果及发表的学术论文