短距起飞/垂直降落发动机建模与控制技术研究

摘要

短距起飞/垂直降落（STOVL）飞行器既拥有传统固定翼飞机的飞行速度快、执行任务半径大的特点，又可以像旋翼机一样对跑道依赖性弱、高效灵活。因此，该类型飞行器在军事领域有着广阔的发展前景，自问世以来就受到各航空大国的高度重视。国内在这一领域的研究起步较晚，设计经验不足，尚需开展大量的工作。本文围绕STOVL发动机的模型建立及其控制方法开展研究，并进行了数字仿真验证。
　　本文首先研究了短距起飞/垂直降落发动机部件级模型的建立方法。在涡扇发动机模型基础上，添加升力风扇模型、可调外涵模型，并采用风扇叶根叶尖分段建模方法。运用部件特性修正方法得出各部件特性，建立稳态和动态的平衡方程，完成对STOVL发动机数学模型的建立工作。针对线化模型建模中偏导数法和拟合法的缺点，采用改进粒子群（PSO）算法，建立STOVL发动机线性模型，为后续控制器设计奠定基础。其次，研究了STOVL发动机的常规模式控制方法。按照油门杆角度将发动机工作状态分为慢车状态、节流状态和中间状态。设计基于智能算法的神经网络逆PI控制器，用于慢车状态控制；设计ALQR（增广线性二次型调节器）控制器，用于节流状态控制；在中间状态开展输出量选择和控制结构设计，在此基础上设计基于LMI的H2/H∞解耦控制器。通过数字仿真验证了这三种控制器的有效性。最后，针对STOVL发动机悬停模式开展直接推力控制研究。基于改进迭代约简最小二乘支持向量回归机（IRR-LSSVR）设计推力估计器，分别映射升力风扇推力和巡航发动机推力，采用增广LQR方法进行控制，并通过仿真验证了算法的有效性。

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注 释 表

图 表 清 单

第一章 绪 论

1.1 研究背景

1.2短距起飞/垂直降落动力系统介绍

1.3 STOVL发动机建模概述

1.4多变量鲁棒控制方法及控制结构选择

1.5非线性参数估计

1.6本文内容安排

第二章 短距起飞/垂直降落发动机建模技术研究

2.1 引言

2.2 STOVL变循环发动机模型

2.3 STOVL发动机模型对比验证

2.4 STOVL发动机状态变量模型

2.5 本章小结

第三章 STOVL发动机常规模式控制

3.1 引言

3.2 常规模式调节计划

3.3 慢车状态控制

3.4节流状态控制

3.5中间状态控制

3.6本章小结

第四章 STOVL发动机悬停模式控制

4.1 引言

4.2 垂直起降过渡态控制仿真

4.3 推力估计器设计

4.4 基于ALQR的直接推力控制器设计

4.5本章小结

第五章 总结与展望

5.1 本文总结

5.2 工作展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间的研究成果及发表的学术论文