航空发动机健康管理系统快速原型方法研究

摘要

航空发动机健康管理技术可以有效提高发动机的安全性和可靠性。目前传统的航空发动机健康管理系统设计方法具有周期长、成本高、风险大等问题，而快速原型技术可以有效提高系统的开发效率，因此本文针对航空发动机健康管理系统的快速原型方法展开研究。
　　论文分析了健康管理系统设计的总体需求，提出了面向健康管理系统的快速原型设计方法。采用模块化的思想构建了基于虚拟仪器语言和快速原型技术的航空发动机健康管理系统快速原型仿真平台。以CompactRIO平台为核心，在实时响应最高的现场可编程门阵列（FPGA）环境下设计了信号接口单元，模拟发动机真实传感器值，并提供了基于Windows平台的健康管理软件实时开发环境，可以将健康管理算法快速部署下载至硬件平台构成快速原型控制器。
　　研究了某型涡轴发动机简化模型的建模方法，根据试车数据建立了涡轴发动机简化模型，包括起动、稳态和动态过程的涡轴发动机简化模型。同时研究了根据试车数据修正动态实时模型的方法，修正效果较好。在快速原型仿真平台中进行简化模型的的动稳态通讯仿真，验证了平台通讯的实时性。
　　开展了快速原型控制器的软件设计研究，包括算法设计及其在LabVIEW中程序的模块化设计。设计了航空发动机系统控制算法和健康管理算法，并采用MathScript节点、子VI、动态链接库DLL三种方式进行快速原型控制器中算法的模块化设计，为发动机快速原型控制器中算法地快速部署运行奠定软件基础。
　　开展了快速原型控制器的HIL仿真验证，在快速原型仿真平台中验证了系统控制算法和健康管理算法的有效性；同时对C代码生成进行了研究，完成图形化程序到其它平台环境的移植工作。

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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 国内外现状

1.3 本文主要研究内容

第二章 发动机健康管理系统快速原型仿真验证平台开发

2.1 虚拟仪器及CompactRIO平台

2.2 需求分析

2.3 设计流程

2.4 快速原型平台开发

2.5 本章小结

第三章 涡轴发动机简化模型

3.1 建模对象

3.2 参数换算

3.3 稳态建模

3.4 动态建模

3.5 数字仿真及试验验证

3.6 简化模型修正

3.7 通讯仿真

3.8 本章小结

第四章 快速原型控制器的软件设计

4.1 系统控制

4.2 故障诊断

4.3 性能恢复

4.4 快速原型控制器程序模块化设计

4.5 本章小结

第五章 快速原型控制器的硬件在回路仿真试验研究

5.1控制回路快速原型仿真试验

5.2 故障诊断快速原型仿真试验

5.3 性能恢复快速原型仿真试验

5.4 C代码自动生成

5.5 本章小结

第六章 总结与展望

6.1 本文主要内容

6.2 工作展望

参考文献

致谢

在学期间的研究成果及发表的学术论文