涡扇发动机控制系统传感器信号重构方法研究

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1、中图分类号：V233.7论文编号：102870215-S040学科分类号：082502硕士学位论文涡扇发动机控制系统传感器信号重构方法研究研究生姓名乔坤学科、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黄金泉教授南京航空航天大学研究生院能源与动力学院二〇一五年四月INanjingUniversityofAeronauticsandAstronauticsTheGraduateSchoolCollegeofEnergy&PowerEngineeringResearchonSensorSignalReco

2、nstructionTechnologyforTurbofanEngineControlSystemAThesisinAerospacePropulsionTheory&EngineeringByQiaoKunAdvisedbyProfessorHuangJinquanSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofEngineeringApril,2015II承诺书本人声明所呈交的硕士学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得

3、的研究成果。除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得南京航空航天大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。本人授权南京航空航天大学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、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。（保密的学位论文在解密后适用本承诺书）作者签名：日期：III涡扇发动机控制系统传感器信号重构技术研究摘要传感器信号重构是提高航空发动机控制系统可靠性的重要基础。本文以某型大涵道比分开排气涡扇发动机为对象，在建立其部件级模型的基

4、础上，通过提高模型计算效率，研究基于部件级模型的控制系统传感器信号重构方法。采用部件法，建立了大涵道比涡扇发动机非线性模型。建模时对内、外涵风扇分开建模，并考虑发动机引放气影响。开展了多点稳态仿真及慢车以上动态仿真，仿真结果验证了所建部件级模型的合理性，为传感器信号重构方法研究奠定了基础。基于已建立的部件级模型，从减少单次流路计算耗时和减少流路计算次数两方面研究提高计算实时性的方法。在VC++6.0平台下，采用多媒体定时器测试并分析各计算模块耗时，确定影响单次流路计算实时性的关键因素。通过建立气体热力属性插值表，结合折

5、半查找和记录位置查找法，在不损失模型计算精度的前提下，使单次流路计算耗时减少80%，在3.3GHzIntelCPU硬件仿真平台下单次流路计算耗时0.02ms。分析Broyden法和Newton-Raphson法两种迭代求解方法对流路计算次数的影响，仿真结果表明Broyden法能显著提高计算效率，流路运行次数小于Newton-Raphson法。针对发动机控制系统气路传感器信号重构的需求，提出一种新的传感器信号重构方法，通过精简与改进部件级模型，利用有效传感器测量值，采用气动热力学计算方法重构故障传感器测量值。以某大涵道比

6、涡扇发动机为对象，针对相应传感器制定信号重构子方案，实现传感器信号重构。与采用部件级模型重构传感器信号相比，本方案缩短计算流路，减少迭代求解变量，提高了重构实时性。在168MHzSTM32F407硬件平台下，最大重构耗时为9ms。重构结果与试验数据相比，稳态重构误差小于2%，动态重构误差小于5%。关键词：涡扇发动机，部件级模型，实时性，Broyden法，信号重构IV南京航空航天大学硕士学位论文ABSTRACTSensorsignalreconstructionplaysanimportantroleinenhancin

7、gthereliabilityofaero-enginecontrolsystem.Thesensorsignalreconstructionforatwin-spoolhigh-bypass-ratioseparate-exhaustturbofanenginewasresearchedintobasedoncomponent-levelmodelwhichwassimplifiedandimprovedtoincreasethecomputationalefficiency.Anonlinearcomponent-

8、levelmodelforhigh-bypass-ratioturbofanenginewasbuiltupwhichconsideredtheinfluenceofhighbypassratioaswellasengineairbleedinganddeflating.Steadyandtransientprocessesfro