航空发动机执行机构故障诊断方法及含实物仿真研究

摘要

航空发动机执行机构故障会对发动机控制系统的正常运行产生直接影响。为了保证控制系统的安全可靠工作，本文针对主燃油执行机构回路展开故障诊断与容错控制技术研究，并进行了半物理仿真试验验证。
　　首先以某型涡扇发动机部件级模型为研究对象，基于发动机主燃油执行机构小闭环回路进行燃油量的阶跃响应试验，建立执行机构简单数学模型；然后基于支持向量回归机原理建立主燃油流量估计模型；结合这两个模型设计主燃油执行机构回路故障诊断系统，在发动机不同稳态工况下，完成对执行机构回路中不同故障模式的检测和定位，并以PID控制作为容错方法对诊断出的故障信号进行隔离和重构。
　　为了快速高效地完成执行机构回路故障诊断试验任务，结合LabVIEW软件开发环境和CompactRIO硬件平台，设计了故障诊断系统控制器快速原型仿真平台，实现对回路中的油针位置、转速的控制以及对温度、压力等信号量的采集。
　　最后综合快速原型控制器和实验室现有的软硬件资源，搭建半物理仿真试验平台，展开对主燃油执行机构回路故障诊断及容错控制系统的仿真试验。试验结果表明，在发动机稳态工况下，本文设计的执行机构故障诊断与容错控制系统能够快速准确地诊断出回路中的执行机构故障和LVDT传感器故障，并具有良好的容错效果，同时也验证了所设计的半物理仿真平台的有效性。本文的研究工作为该诊断算法运用于真实发动机执行机构的故障诊断中奠定了试验基础。

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注释表

缩略词

第一章 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 执行机构故障诊断与容错控制概述

1.3 半物理仿真在航空发动机数控系统中的应用

1.4 本文研究内容

第二章 建立执行机构模型和发动机逆模型

2.1 发动机部件级模型简介

2.2执行机构数学模型的建立

2.3主燃油流量估计模型的建立

2.4 本章小结

第三章 执行机构故障诊断与容错控制系统

3.1 执行机构回路故障的一般描述

3.2 基于SVR的发动机主燃油执行机构回路故障诊断方案

3.3 主燃油执行机构回路故障诊断与容错控制数字仿真

3.4 本章小结

第四章 快速原型控制器的设计

4.1 快速原型控制技术概述

4.2仿真平台的总体设计

4.3 快速原型控制器的硬件平台

4.4 快速原型控制器的软件设计

4.5 本章小结

第五章 执行机构故障诊断与容错控制的半物理仿真试验

5.1 半物理仿真平台简介

5.2 线路说明与参数标定

5.3 半物理仿真试验

5.4 本章小结

第六章 总结与展望

6.1 总结

6.2 展望

参考文献

致谢

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