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基于LMI的过渡态主控回路闭环控制律优化设计
1
作者 缪柯强 王曦 朱美印 《北京航空航天大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第5期841-854,共14页
针对涡扇发动机过渡态多变量控制设计难的问题,提出了一种基于抽功法在过渡态加减速线上的准稳态工作点处提取线性模型的方法,并在此基础上提出了一种过渡态主控回路闭环控制律的优化设计方法。通过功率输入和功率提取解决过渡态动态特... 针对涡扇发动机过渡态多变量控制设计难的问题,提出了一种基于抽功法在过渡态加减速线上的准稳态工作点处提取线性模型的方法,并在此基础上提出了一种过渡态主控回路闭环控制律的优化设计方法。通过功率输入和功率提取解决过渡态动态特征提取难题,基于增益调度可作为非线性动态控制策略的基本原理,将稳态多变量控制规律的线性矩阵不等式(LMI)设计方法推广到涡扇发动机过渡态主控回路闭环控制的设计中,并通过最小化矩阵迹优化闭环极点配置。针对2种不同过渡态主控回路闭环控制策略,分别设计了最小化矩阵迹寻优的过渡态主控回路的多变量闭环控制律,并进行从慢车到中间状态的基于涡扇发动机非线性动态模型的双通道过渡态性能仿真验证,结果表明:方案1过渡态控制双通道N_(1)、N_(2)的调节时间不大于5.0 s,超调量不大于0.8%;方案2过渡态控制双通道π_(T)、N_(2)的调节时间不大于5.6 s,超调量不大于0.8%。 展开更多
关键词 涡扇发动机 过渡态主控回路 增益调度 线性矩阵不等式(LMI) 矩阵迹寻优
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微型发动机温度限制保护闭环控制设计方法
2
作者 缪柯强 王曦 《航空发动机》 2017年第3期50-55,共6页
针对微型涡喷发动机转子转速闭环设计的控制结构中涡轮出口温度对燃油供给率变化敏感的问题,尤其在快速推油门杆时可能会超温,提出了1种带涡轮出口温度限制保护的闭环限制控制器的设计方法。该方法采用了双回路的闭环结构方式,并采用控... 针对微型涡喷发动机转子转速闭环设计的控制结构中涡轮出口温度对燃油供给率变化敏感的问题,尤其在快速推油门杆时可能会超温,提出了1种带涡轮出口温度限制保护的闭环限制控制器的设计方法。该方法采用了双回路的闭环结构方式,并采用控制参数相似变换的增益调度增量式PI控制方法,实现了稳态/过渡态的发动机转速、温度闭环控制,所述算法在Simulink环境下进行了地面和高空的仿真验证。结果表明:控制系统在保证转子转速伺服跟踪性能的要求下还具有温度保护功能。 展开更多
关键词 微型涡喷发动机 超温保护 增益调度 伺服跟踪
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高空台进气控制系统压力PI增益调度控制研究 被引量：18
3
作者 朱美印 王曦 +5 位作者 但志宏 张松 裴希同 钱秋朦 缪柯强 姜震 《推进技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第4期902-910,共9页
针对高空台进气控制系统压力在整个工作范围内的精确控制问题,提出了一种基于高空台进气系统压力的PI增益调度控制设计方法,基于管道热流动力学理论提出了一种变比热的管道容腔建模方法,相对于定比热建模方法能够减少建模存在的不确定... 针对高空台进气控制系统压力在整个工作范围内的精确控制问题,提出了一种基于高空台进气系统压力的PI增益调度控制设计方法,基于管道热流动力学理论提出了一种变比热的管道容腔建模方法,相对于定比热建模方法能够减少建模存在的不确定性问题。在考虑变比热的管道容腔、调节阀流量特性、液压伺服动态、传感器增益等对进气系统造成的建模不确定性的基础上,建立了完整、准确的高空台进气系统模型;在进气系统工作范围内采用24个稳态点小偏差范围内设计的最优PI控制器作为大范围过渡态工作的基底进行控制增益调度。数字仿真表明,采用这一方法一致性好,性能明显地优于传统PI控制方法;半物理仿真进一步验证了本文提出设计方法的有效性,稳态误差不大于0.1%。 展开更多
关键词 高空模拟试验台 进气控制系统 变比热容腔模型 增益调度 半物理仿真
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基于LMI极点配置的高空台飞行环境模拟系统PI增益调度控制研究 被引量：11
4
作者 朱美印 王曦 +4 位作者 张松 但志宏 裴希同 缪柯强 姜震 《推进技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第11期2587-2597,共11页
针对高空台飞行环境模拟系统的温度和压力在整个工作包线内的鲁棒性能控制问题,提出了一种基于LMI极点配置的PI增益调度控制设计方法。在考虑变比热容腔微分方程、管道热传导、调节阀流量特性、液压伺服动态、传感器增益对飞行环境模拟... 针对高空台飞行环境模拟系统的温度和压力在整个工作包线内的鲁棒性能控制问题,提出了一种基于LMI极点配置的PI增益调度控制设计方法。在考虑变比热容腔微分方程、管道热传导、调节阀流量特性、液压伺服动态、传感器增益对飞行环境模拟系统造成的建模不确定性的基础上,建立了完整、准确的飞行环境模拟系统非线性模型;对非线性模型进行了线性化,并根据线性模型推导了基于LMI极点配置的PI控制器设计算法;在飞行环境模拟系统的工作包线内选取了36个稳态点设计了基于LMI极点配置的PI增益调度控制器;设计了两种飞行环境模拟试验来验证设计的PI增益调度控制器的鲁棒性能。仿真结果表明,飞行环境模拟系统温度的稳态误差和动态误差均小于0.1%,压力的稳态误差小于0.5%,动态误差小于0.7%。 展开更多
关键词 高空模拟试验台 飞行环境模拟系统 LMI 极点配置 PI增益调度控制
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高空台飞行环境模拟系统温度延时不确定性μ综合设计 被引量：4
5
作者 朱美印 王曦 +5 位作者 裴希同 张松 但志宏 刘佳帅 缪柯强 姜震 《推进技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第8期1861-1870,共10页
针对高空台飞行环境模拟系统温度大延时特性的控制问题,提出了一种考虑温度延时不确定性的两自由度μ综合控制设计方法以提升其温度的控制精度。在考虑变比热容腔微分方程、管壁传热、调节阀流量特性、液压伺服动态、传感器增益以及温... 针对高空台飞行环境模拟系统温度大延时特性的控制问题,提出了一种考虑温度延时不确定性的两自由度μ综合控制设计方法以提升其温度的控制精度。在考虑变比热容腔微分方程、管壁传热、调节阀流量特性、液压伺服动态、传感器增益以及温度延迟对飞行环境模拟系统造成的建模不确定性的基础上,建立了完整、准确的非线性延时模型。在考虑执行机构参数、温度延时不确定性的基础上,提出了两自由度的μ综合控制设计方法。为了确保设计的控制器具有良好鲁棒伺服跟踪性能,基于分频设计的思想设计性能加权函数和控制量加权函数,并运用D-K迭代算法设计控制器。假定了包含"等马赫数爬升"和"平飞加速"的试验过程来验证μ综合控制器的伺服跟踪性能,仿真结果表明,飞行环境模拟系统温度和压力的稳态和动态误差分别均不大于1.5%和3%。 展开更多
关键词 高空模拟试验台 飞行环境模拟系统 温度延时 鲁棒控制 两自由度μ综合控制
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飞行环境模拟系统多容腔流-固传热建模 被引量：3
6
作者 朱美印 王曦 +5 位作者 裴希同 张松 但志宏 缪柯强 刘佳帅 姜震 《推进技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第12期2848-2859,共12页
为了提升高空台飞行环境模拟系统(FESS)数值仿真平台的置信度,提出了一种多容腔流-固传热的建模方法,该方法考虑了混合器气流掺混、流-固传热、管道压力损失等因素的影响;建立了包括调节阀流量特性、液压伺服系统、混合器、混合器出口... 为了提升高空台飞行环境模拟系统(FESS)数值仿真平台的置信度,提出了一种多容腔流-固传热的建模方法,该方法考虑了混合器气流掺混、流-固传热、管道压力损失等因素的影响;建立了包括调节阀流量特性、液压伺服系统、混合器、混合器出口导流栅流量特性、整流子系统、管道容腔模型在内的部件模型库,并基于该模型库构建了仿真平台。为了验证本文建模方法的有效性,采用两次掺混试验数据对仿真模型进行对比验证表明,仿真结果与试验测量结果动态变化趋势基本一致,且温度、压力的最大误差分别不大于2.5K,2kPa。为了分析FESS控制系统的能力,假定了一次典型的发动机试验条件来进行仿真分析,仿真结果表明,FESS控制系统具备进行发动机平飞加速和等马赫数爬升试验的能力。 展开更多
关键词 高空模拟试验台 飞行环境模拟系统 多容腔建模 流-固传热 数值仿真
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基于控制分配的恒压腔压力精准控制 被引量：2
7
作者 刘佳帅 王曦 +5 位作者 朱美印 杨舒柏 裴希同 缪柯强 张松 但志宏 《推进技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第10期378-386,共9页
针对采用双阀调节的恒压腔系统压力在空气流量大范围变化时的精确控制问题,提出了一种基于控制分配的恒压腔压力精准控制方法。首先,建立了虚拟放气流量的双阀控制分配算法,包括:建立满足虚拟放气流量要求且调节阀能耗最小的优化问题;... 针对采用双阀调节的恒压腔系统压力在空气流量大范围变化时的精确控制问题,提出了一种基于控制分配的恒压腔压力精准控制方法。首先,建立了虚拟放气流量的双阀控制分配算法,包括:建立满足虚拟放气流量要求且调节阀能耗最小的优化问题;通过线性矩阵不等式(Linear Matrix Inequality,LMI)求解该优化问题得到双阀实际流通面积值;考虑调节阀动态并计算调节阀控制信号指令值。其次,建立以虚拟放气流量为恒压腔控制输入的闭环负反馈回路,基于此,设计满足伺服性能和抗干扰性能要求的PI控制器,引入上述双阀控制分配算法,进而构建完整的基于控制分配的恒压腔压力控制系统。仿真结果表明,采用该方法的控制系统性能明显优于传统单阀PI控制系统性能,恒压腔压力动态相对误差小于0.07%;干扰流量最大变化率为77kg/s^(2)时,压力最大偏差低于500Pa;此外,调节阀动态时间常数和流量系数的拉偏仿真结果进一步验证了该控制器的鲁棒性。 展开更多
关键词 恒压腔系统 控制分配 双阀控制 线性矩阵不等式 模型不确定性
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基于双阀调节的稳压腔开环-闭环复合控制方法 被引量：1
8
作者 刘佳帅 杨舒柏 +5 位作者 王曦 朱美印 裴希同 但志宏 缪柯强 张松 《推进技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第12期334-341,共8页
为保障大型空气管路试验台的整体性能,采用双阀调节的稳压腔系统实现压力的精准控制,提出了一种基于双阀调节的稳压腔开环-闭环复合控制方法。首先,构建包括蝶阀开环控制和套筒阀闭环控制的虚拟控制器,通过放气总流量将虚拟控制器和稳... 为保障大型空气管路试验台的整体性能,采用双阀调节的稳压腔系统实现压力的精准控制,提出了一种基于双阀调节的稳压腔开环-闭环复合控制方法。首先,构建包括蝶阀开环控制和套筒阀闭环控制的虚拟控制器,通过放气总流量将虚拟控制器和稳压腔组合,建立稳压腔开环-闭环复合控制结构。其次,依据该控制结构设计控制器,其中开环控制器引入跟踪微分器用以求解压力变化率并规划指令压力的过渡过程,基于此,根据容腔压力微分方程计算蝶阀放气流量,进而考虑蝶阀动态并反求蝶阀液压缸位移指令;依据稳压腔线性模型、套筒阀模型构建闭环控制回路,并设计闭环PI控制器。最后,开展伺服跟踪性能及抗干扰性能的仿真验证,其中,压力阶跃响应的超调量为0.89%,稳态误差低于0.03%,外界干扰流量大范围变化的情况下,稳压腔压力波动低于0.5%,压力偏差低于0.75kPa,表明本文提出的方法能够有效协调蝶阀和套筒阀的动作,实现稳压腔的压力精准控制。 展开更多
关键词 双阀控制 试验台 复合控制 跟踪微分器 开环控制
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