超燃冲压发动机最大推力稳态优化控制方法研究

论文摘要

超燃冲压发动机是最具发展潜力的高超声速飞行器动力装置,其在宽马赫数范围下运行能否获得良好的工作性能,尤其是推力性能,在很大程度上取决于控制系统。超燃冲压发动机采用多级燃烧,燃料分配成为控制系统的主要控制变量。本文以超燃冲压发动机的推力为性能指标,多点的燃油分配为控制量,设计了超燃冲压发动机最大推力控制器。本文的主要研究内容如下:提出了超燃冲压发动机最大推力控制的稳态优化控制思路和方法,并且针对超燃冲压发动机对象本身的特点以及DSP程序设计的需要讨论了算法的实现过程中解决的几个问题,并在此基础之上搭建了控制系统的SIMULINK模型,为控制系统仿真及半实物研究打下了基础。对搭建好的控制器模型,首先对超燃冲压发动机一维燃烧室模型进行了仿真,研究了控制周期和执行机构时间常数对控制精度和速度的影响及该控制系统的抗噪声性能。为了改善系统的控制性能,加上了校正环节,有效地提高了控制精度。对加噪声的情况进行仿真的结果表明该控制系统具有较好的抗噪声性能。其次,采用基于Winsock网络编程的FLUENT/MATLAB接口技术实现了MATLAB控制器模型对FLUENT二维燃烧室模型的控制。仿真结果表明,该控制系统能够对二维燃烧室模型进行有效地控制,通过对燃烧室流场的观察可以发现,在推力较大时,燃烧室内扩张段内的壁面压力明显较大,且出口处的马赫数较大。最后,以ICETEK-LF2407-A EVM为控制器硬件平台,采用在MATLAB中用图形化的方式设计DSP程序的方法,燃烧室模型采用基于神经元网络的实时仿真模型,进行了超燃冲压发动机最大推力控制的半实物仿真研究。仿真结果表明,该超燃冲压发动机最大推力数字控制器能够达到较好的控制效果。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.1.1 超燃冲压发动机技术是发展高超声速飞行技术的关键
• 1.1.2 数字电子控制器是超燃冲压发动机控制系统的必然选择
• 1.2 本课题研究目的和意义
• 1.2.1 超燃冲压发动机最大推力控制的关键性
• 1.2.2 半实物仿真在超燃冲压发动机控制技术中的重要性
• 1.3 国内外研究现状分析
• 1.3.1 超燃冲压发动机研究现状
• 1.3.2 超燃冲压发动机控制研究现状
• 1.3.3 航空发动机数字电子控制器研究的现状
• 1.4 本文的主要研究内容
• 第2章 超燃冲压发动机最大推力稳态优化控制算法
• 2.1 引言
• 2.2 超燃冲压发动机最大推力控制的思路
• 2.3 超燃冲压发动机最大推力控制稳态优化算法介绍
• 2.3.1 超燃冲压发动机最大推力稳态优化控制算法基本步骤
• 2.3.2 最优推力控制算法的实现问题讨论
• 2.4 本章小结
• 第3章 基于一维燃烧室模型的超燃冲压发动机最大推力控制仿真研究
• 3.1 引言
• 3.2 超燃冲压发动机一维燃烧室模型
• 3.2.1 进气道模型
• 3.2.2 超声速燃烧室一维模型
• 3.3 超燃冲压发动机最大推力控制一维仿真
• 3.3.1 无噪声的仿真
• 3.3.2 抗噪声性能分析
• 3.4 本章小结
• 第4章 基于FLUNET 二维燃烧室模型的超燃冲压发动机最大推力控制仿真研究
• 4.1 引言
• 4.2 FLUENT/MATLAB 接口技术
• 4.2.1 FLUENT/MATLAB 接口的设计思路
• 4.2.2 基于WINSOCK 网络编程的FLUENT/MATLAB 接口实现
• 4.3 超燃冲压发动机二维燃烧室模型
• 4.3.1 超燃冲压发动机燃烧室几何结构
• 4.3.2 超燃冲压发动机燃烧室二维仿真的数值模拟方法
• 4.4 超燃冲压发动机最大推力控制的二维仿真算例
• 4.5 本章小结
• 第5章 超燃冲压发动机最大推力控制的半实物仿真验证
• 5.1 引言
• 5.2 硬件平台简介
• 5.2.1 控制器硬件平台
• 5.2.2 超燃冲压发动机燃烧室模型外部接口
• 5.2.3 控制器硬件实现方案
• 5.3 软件实现方案
• 5.3.1 发动机推力控制器程序设计
• 5.3.2 基于神经元网络的超燃冲压发动机燃烧室模型
• 5.4 半实物仿真结果
• 5.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 致谢