变旋翼转速飞行器与发动机系统建模与控制研究

《变旋翼转速飞行器与发动机系统建模与控制研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、中图分类号：V233.7论文编号：102870218-S094学科分类号：082502硕士学位论文变旋翼转速飞行器与发动机系统建模与控制研究研究生姓名居新星学科、专业航空宇航推进理论与工程研究方向航空发动机建模与控制指导教师张海波教授南京航空航天大学研究生院能源与动力学院二О一八年三月NanjingUniversityofAeronauticsandAstronauticsTheGraduateSchoolCollegeofEnergyandPowerEngineeringResearchonModelingandControlofVariableRotorSpeedAircraftandEn

2、gineSystemAThesisinAerospacePropulsionTheoryandEngineeringbyJuXinxingAdvisedbyProfessorZhangHaiboSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofEngineeringMarch,2018承诺书本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师指导下，独立进行研究工作所取得的成果。尽我所知，除文中已经注明引用的内容外，本学位论文的研究成果不包含任何他人享有著作权的内容。对本论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人和集体，

3、均已在文中以明确方式标明。本人授权南京航空航天大学可以有权保留送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅,可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。(保密的学位论文在解密后适用本承诺书)作者签名：日期：2018.3.30南京航空航天大学硕士学位论文摘要变旋翼转速飞行器在当今各个领域应用广泛，一个高品质的飞行控制系统能有效地增强变旋翼转速飞行器的机动性，同时带有预测功能的发动机控制系统能提高发动机的响应速度和抗干扰能力。本文以典型的变旋翼转速飞行器直升机为研究对象，在建立变旋翼转速飞行器/发动机综合模型的基础上，着手从飞行控制和发动机控制两方面开

4、展研究工作。首先，在涡轴发动机部件级模型的基础上，针对起动过程复杂非线性特性的建模难题，基于级累叠方法，获得压气机低转速特性数据，同时根据相似原理外推出燃气涡轮、自由涡轮低转速部件特性，将冷转动模型和部件级模型相结合，建立了涡轴发动机起动模型。然后基于叶素法建立了变旋翼转速飞行器飞行动力学模型，将其与涡轴发动机模型结合，共同构成了变旋翼转速飞行器/发动机综合模型。其次，为了进一步提高变旋翼转速飞行器机动性和灵敏性，采取解耦能力强的非线性动态逆方法设计飞行控制律，引入参考模型和积分抗饱和模块进一步完善飞行控制，针对动态逆方法鲁棒性较差的缺点，提出了增量式动态逆的方法加以改进。然后基于非线性动态逆

5、原理，根据时标分离的原则分别设计了角速度控制器、姿态角控制器和航迹控制器并进行了仿真验证，仿真结果表明所设计的飞行控制律满足飞行控制要求。最后，为了抑制自由涡轮转速超调或下垂，提出并设计了一种基于燃油流量和导叶调节的涡轴发动机预测控制规律，采用神经网络建立扭矩预测模型和发动机预测模型，将自由涡轮转速恒定保持100%和减小自由涡轮提供的扭矩与旋翼需求扭矩之差加入到目标函数中，采取FSQP优化算法进行滚动优化。最后与传统串级PID控制方法进行比较，结果表明，所设计的预测控制器能够有效地减小自由涡轮的超调和下垂量。关键词：变旋翼转速飞行器，涡轴发动机，起动模型，部件级模型，叶素法，动态逆，预测控制I

6、变旋翼转速飞行器与发动机系统建模与控制研究AbstractVariablerotorspeedaircraftsarewidelyusedinallfieldstoday.Ahigh-qualityflightcontrolsystemcaneffectivelyenhancehelicoptermaneuverability,atthesametime,anenginecontrolsystemwithpredictivefunctioncanimprovethespeedofengine'sresponseandimmunity.Thispaperstartswiththeresearch

7、workingonbothflightcontrolandenginecontrol.Firstly,theComponent-levelmodelofturboshaftengineisestablished.Tosolvecomplexnonlinearcharacteristicsofmodelingproblemsinthestartingprocess,stage-stackingmet