某高空台模拟高度及马赫数控制系统改进设计技术研究

摘要

高空台进排气调压系统包括：发动机进气压力调节系统，排气环境压力调节系统。进排气调压系统是高空台模拟航空发动机飞行高度、马赫数的最主要系统，其压力控制效果与发动机试车安全和性能测量的有效性密切相关。
　　目前我国高空台在进行核心机试验、弹用发动机高空起动、航空发动机高空推力瞬变等过渡态试验时，进气压力及排气环境压力控制效果较差，影响发动机试车安全和性能评定，迫切需要进行改进设计。而另一方面，航空发动机高空模拟试验是高风险、高能耗的试验，仅允许在可靠保证发动机及试验设备安全的前提下，通过少量试验调试进排气压力控制系统，增加了控制系统开发和改进的风险、难度。
　　本文正是针对以上问题，研发高空台进排气调压半物理仿真平台，并利用该平台对进排气调压系统的系统结构、控制算法等进行创新性设计和探索性研究。主要内容为：
　　1．本文介绍了一种集高空台进气调压系统设计、调节方案分析和控制规律研究于一体的通用仿真平台，同时可用于进气调压系统全功能检查和人员培训。通过仿真试验与真实试验的对比证明了，本人论文期间所建立的数学模型、实时仿真系统是切合实际的并能满足工程需要。
　　2．本文详细研究了航空发动机高空模拟试验进气压力控制系统及其主要干扰源特性，提出在进气压力反馈常规 PID控制的基础上，增加按空气流量扰动补偿和按输入补偿的前馈控制，构成复合控制系统。其中按空气流量扰动补偿控制适用于弹用发动机高空起动、航空发动机高空推力瞬变试验，按输入补偿控制主要适用于核心机试验。经半物理仿真试验测试，所设计的复合控制系统实现了快动态和高精度的统一。
　　3．本文详细分析了我国航空发动机高空模拟试验排气环境压力控制系统现状，及其主要的不足之处，并提出建立 PID参数在线模糊自整定排气环境压力控制系统。在详细介绍模糊 PID算法的同时，还介绍了此种控制算法在排气环境压力控制系统上实现的某些细节。通过半物理仿真试验结果证明，所设计的模糊PID控制系统实现了快动态和高精度的统一。
　　4．本文详细研究了高空台液压调节阀阀位数字P控制。

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第一章 绪论

1.1 国外背景

1.2 国内背景

1.3 航空发动机高空模拟试验进气压力控制要求

1.4 航空发动机高空模拟试验排气环境压力控制要求

1.5 进排气调压系统半物理仿真要求

第二章 高空模拟试验进排气调压系统特性分析

2.1 高空模拟试验进排气调压系统组成

2.2 压力控制系统控制原理

2.3 压力控制对象特性分析

第三章 高空模拟试验高度及马赫数控制系统半物理仿真

3.1 进排气调压系统半物理仿真台的作用

3.2 半物理仿真系统设计

3.3 半物理仿真系统的组成

3.4 主程序设计

3.5 半物理仿真数学模型

3.6 模型的精度

3.7 半物理仿真

第四章 阀位控制改进

4.1 电液伺服阀结构简介

4.2 阀位控制改造方案

4.3 阀位控制改造前后性能对比

4.4 阀位控制改造小结

第五章 高空模拟试验进气压力复合控制

5.1进气压力前馈补偿控制分析

5.2 进气压力复合控制策略

5.3 进气压力半物理仿真分析

5.4 进气压力复合控制小结

第六章 高空模拟试验排气环境压力模糊控制

6.1 排气环境压力模糊控制分析

6.2 排气环境压力模糊PID控制系统设计

6.3 排气环境压力模糊控制半物理仿真分析

6.4 排气环境压力模糊控制小结

第七章 高度、马赫数模拟控制系统调试试验

7.1 调试试验试验设备简介

7.2 调试试验项目及调试方法简介

第八章 论文总结

致谢

参考文献

攻硕期间取得的研究成果