无人飞行器发动机控制系统设计与实现

论文摘要

航空发动机作为无人飞行器的动力来源,其动静态性能将直接影响无人飞行器的飞行品质。发动机控制是飞行控制系统的前提与基础,同时也是实现无人飞行器自主飞行的关键。良好的发动机控制系统离不开相关硬件设备和控制软件的支持,本文就是针对无人飞行器发动机控制开展软硬件系统及其控制律设计、实现的研究。首先,根据发动机控制的需求,设计了发动机控制系统的组成、结构和功能。其次,分析系统对硬件的要求,选择了机载计算机、传感器、数据通信和地面站等硬件设备,并构建发动机控制硬件系统。在分析、比较并确定具体的软件开发环境基础上,开发完成了实时性好、可靠性高的机载发动机控制器程序,以及功能完善、操作简便,并具有较好移植性的地面站操控和监视软件。接着,引入自适应PID控制思想,设计了发动机自适应PID控制器,使得发动机在不同工况时,控制参数能够进行自适应调节,达到改善控制效果的目的。最后,采用发动机试车的方法对发动机控制系统的性能和功能进行检验,并使用半物理仿真的方法验证自适应PID控制器的控制效果,所得结果满足无人飞行器飞行控制要求。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 无人飞行器与其发动机控制系统
• 1.2 论文的研究背景和意义
• 1.2.1 国内外背景情况
• 1.2.2 论文的研究意义
• 1.3 论文的主要内容
• 第二章 发动机控制系统设计
• 2.1 发动机性能参数
• 2.2 发动机控制系统的需求分析
• 2.3 发动机控制系统的组成
• 2.4 发动机控制系统的结构
• 2.4.1 外部输入
• 2.4.2 控制器
• 2.4.3 油门舵回路
• 2.4.4 测量机构
• 2.5 发动机控制系统的功能
• 2.5.1 启动控制
• 2.5.2 加/减速控制
• 2.5.3 稳态控制
• 2.6 本章小节
• 第三章 发动机控制系统的硬件平台研制
• 3.1 硬件设备选择的基本原则
• 3.2 硬件设备的选择
• 3.2.1 机载计算机
• 3.2.2 传感器
• 3.2.3 通信设备
• 3.2.4 地面站
• 3.3 控制系统的硬件结构
• 3.4 本章小节
• 第四章 发动机控制系统的软件实现
• 4.1 软件开发平台
• 4.1.1 VxWorks 嵌入式实时操作系统及其特点
• 4.1.2 Visual C++ 6.0 集成开发环境
• 4.2 发动机控制器软件的设计
• 4.2.1 VxWorks 运行环境的建立
• 4.2.2 发动机控制器的程序流程与实现
• 4.3 地面站软件的设计
• 4.3.1 ATL 编程方法
• 4.3.2 控制操纵程序
• 4.3.3 数据监视程序
• 4.3.4 数据储存与图像回放
• 4.4 串口通信
• 4.5 本章小节
• 第五章 发动机的自适应PID 控制
• 5.1 自适应控制
• 5.1.1 自适应控制概述
• 5.1.2 自适应控制的类型
• 5.1.3 自适应PID 控制
• 5.2 发动机数学模型
• 5.3 发动机自适应PID 控制设计
• 5.3.1 自适应PID 控制结构
• 5.3.2 专家系统
• 5.4 本章小节
• 第六章 发动机试车与半物理仿真
• 6.1 台架试车试验
• 6.1.1 台架试车系统结构
• 6.1.2 台架试车结果与分析
• 6.2 地面试车试验
• 6.2.1 地面试车系统结构
• 6.2.2 地面试车结果与分析
• 6.3 自适应PID 控制的半物理仿真
• 6.3.1 半物理仿真概述
• 6.3.2 半物理仿真系统结构
• 6.3.3 半物理仿真结果与分析
• 6.4 本章小节
• 总结与展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间发表的主要论文