微型涡喷发动机非线性控制技术研究

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1、中图分类号：V233.7论文编号：102870215-S034学科分类号：082502硕士学位论文微型涡喷发动机非线性控制技术研究研究生姓名申春艳学科、专业动力机械及工程研究方向动力机械控制与测试指导教师胡忠志教授联合指导教师张天宏教授南京航空航天大学研究生院能源与动力学院二О一五年三月NanjingUniversityofAeronauticsandAstronauticsTheGraduateSchoolCollegeofEnergyandPowerEngineeringNonlinearControlTechnologyResearchforMicroTurbineEnginePo

2、werMachineryandEngineeringbyShenChunyanAdvisedbyProf.HuZhongzhiAndProf.ZhangTianhongSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofEngineeringMarch,2015承诺书本人声明所呈交的博/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

3、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：南京航空航天大学硕士学位论文摘要微型涡喷发动机具有与大型航空发动机相同的工作原理和类似的结构组成，基于微型涡喷发动机开展控制系统分析和试验研究具有成本低、风险小等优点，其研究成果对于大型航空发动机控制系统的开发具有参考价值。本文针对微型涡喷发动机的非线性特性和非线性控制技术开展研究，主要内容如下：首先，开展发动机模型的建立和非线性特性分析研究。根据Matlab的S-function接口规范对已有的基于C语言的微

4、型涡喷发动机部件级非线性动态模型程序进行改造，并利用Matlab的编译工具，将该模型编译成.MEX文件形式的S-function，从而为在Matlab下开展微型涡喷发动机仿真试验奠定了基础。之后利用小扰动法建立了微型涡喷发动机不同工作点处的线性模型。基于所建立的模型分析了微型涡喷发动机在慢车以上状态的非线性特性，并论证了采用非线性控制器的必要性。其次，开展传统PID控制器的改进设计研究。采用离线优化的变参数PID控制算法能保证各工作点的控制性能；控制器参数基于误差及误差变化率的非线性PID控制算法不仅实现了控制器参数的在线调整，而且可以在大范围内获得较好的控制效果；由于前馈控制量能够提供

5、非线性稳态补偿控制作用，所以在非线性PID控制的基础上加入了前馈控制，明显提高了控制系统的跟踪性能，并且避免了过大的超调。最后，开展了基于径向基函数（RBF-RadialBasisFunction）神经网络前馈的模糊自适应PID控制研究。基于微型涡喷发动机的稳态数据样本，对用于前馈控制的RBF神经网络进行离线训练，并在此基础上分别加入了传统PID控制器以及模糊自适应PID控制器开展仿真试验。仿真结果表明：与传统PID控制器相比，基于RBF神经网络前馈的PID控制器具有更好的跟踪效果；基于RBF神经网络前馈的模糊自适应PID控制器具有控制器参数在线整定能力，可进一步提高系统在大范围的控制品

6、质，可以有效解决发动机的非线性特性带来的控制困难。关键词：微型涡喷发动机，非线性特性，非线性控制，s-function，PID控制，RBF神经网络，模糊自适应PID控制I微型涡喷发动机的非线性控制技术研究ABSTRACTComparedwiththelargeaero-engine,themicroturbineengine(MTE)hasthesameoperatingprincipleandstructure.Moreover,thecontrolsystemanalysisandexperimentationstudybasedonMTEcanalsoimprovethedevel

7、opmentefficiencyofthecontrolsystemforlargeaero-enginewithlowercostandrisk.ThispaperismainlyconcentratedontheresearchofthenonlinearcharacteristicandnonlinearcontroltechniqueofMTE.Firstly,Theenginemodelingstudyandnonline