[发明专利]面向变循环发动机模式切换的分布式控制系统设计及验证方法

说明书

本发明公开一种面向变循环发动机模式切换过程的分布式控制系统平台设计与验证方法，首先设计带限制保护的多回路PI控制器，开发模式切换的多回路PI控制算法；其次设计变循环发动机分布式控制仿真与验证平台，根据最小化实现原则搭建智能仿真节点的平台；然后设计多回路PI的分布式控制仿真平台通信调度表，开发多智能节点间的通信函数；最后完成发动机模型与控制算法向分布式控制仿真平台移植与部署，并验证含随机噪声环境的控制系统品质。本发明在为变循环发动机包括模式切换的过渡态控制提供可行控制方案，并设计变循环发动机多可调参数的分布式控制器及其仿真平台，仿真结果表明设计的多变量控制器对分布式架构下噪声具有较好的鲁棒性。

技术领域

本发明属于航空发动机控制系统设计领域，尤其涉及一种面向变循环发动机模式切换的分布式控制系统设计及验证方法。

背景技术

近年来，伴随着航空发动机国家专项计划的实施，中国航空发动机的发展正迈进一个新的时代。随着战斗机性能需求的提高，航空发动机的内部结构也愈发复杂。其中，控制系统的研制便成为整个航空发动机研制的重要环节之一。在军事领域，变循环发动机因其具有的模式切换、变几何特性，在耗油率、推重比等关键性能指标得到提高的同时也正成为新一代动力装置的研究和发展方向。不可避免的，针对变循环发动机控制量增多，控制逻辑更加复杂的问题，传统的集中式控制结构已不能满足动力装置的需求。因此，发动机分布式控制结构是变循环发动机控制系统进一步发展的关键。当设计一个完整的控制系统后，直接将该套系统用于真的发动机上去做试车是不现实的，需要首先对控制系统进行数字仿真和硬件仿真以修正相关问题。开展变循环发动机分布式控制系统仿真研究有利于降低控制系统的设计周期跟经济费用，提高性价比，对验证先进控制系统能否在变循环发动机上应用有积极的促进作用。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于克服了变循环发动机多变量控制器仅能在集中式控制架构下进行仿真的不足，提供了一种面向变循环发动机模式切换的分布式控制系统设计及验证方法，并搭建仿真平台进行实验验证，不仅验证了控制算法的有效性，还提高了变循环发动机分布式控制系统的开发效率，为其他先进控制算法在分布式架构下应用提供了实验依据。

技术方案：本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：

步骤1)设计变循环发动机包括模式切换过程在内的过渡态控制计划，开发模式切换过程带限制保护的多回路PI控制算法及控制器；

步骤2)基于TTP/C总线协议设计变循环发动机分布式控制仿真平台，搭建包含发动机模拟器节点、数据处理节点、控制节点等5个智能节点的仿真平台；

步骤3)设计基于TTP工具集的多回路PI的分布式控制仿真平台通信调度表，开发多智能节点间的通信函数；

步骤4)搭建变循环发动机模式切换的分布式控制系统，完成发动机数学模型、控制算法向该硬件平台移植与部署，并在含噪声环境的分布式仿真平台上验证模式切换过程带限制保护的多回路PI控制器的控制品质。

作为本发明一种面向变循环发动机模式切换的分布式控制系统设计及验证方法的实现方案，步骤1)包括：

步骤1.1)设计变循环发动机在单/双外涵模式工作下采用主燃油流量和尾喷管喉道面积控制高压转子转速和发动机压比的多变量控制方案，可调引射器面积和可调部件导叶角度采取开环控制方案；在模式切换过程中加入推力及喘振裕度等限制参数，以保证变循环发动机在模式切换过程中安全、可靠、稳定的工作；

步骤1.2)针对变循环发动机包含模式切换在内的过渡态过程，开发带限制保护的多回路PI控制算法与控制器；