航空发动机控制系统设计与仿真研究

科技情报开发与经济　ＳＣＩ—ＴＥＣＨ　ＩＮＦＯＲＭＡＴＩＯＮ　ＤＥＶＥＬＯＰＭＥＮＴ＆ＥＣＯＮＯＭＹ　２００７年第ｌ７卷第１２期　

文章编号：１００５—６０３３（２００７）１２—０２０３—０３　收稿日期：２００７—０１—２８　

汽车发动机的ＰＩＤ控制系统设计与仿真　

袁帆　

（陕西理工学院电气工程系，陕砥汉中，７２３００３）　

摘要：以某型汽车发动机为研究对象建立了数学模型，研究了传统的ＰＩＤ控制系统　

在汽车发动机控制中的应用，设计了一个性能良好的ＰＩＤ控制系统并进行了仿真。　

关键词：汽车发动机；数学模型；ＰＩＤ控制；仿真　

中图分类号：Ｕ４６４　文献标识码：Ａ　

汽车是一个十分复杂的大系统，要分析其性能，必须要建立各种各样　的模型来进行仿真，但由于汽车系统本身过于复杂，子系统和子系统之间　的耦舍又增加了分析的难度，所以建立模型都要进行各种简化。虽然这样　建立的模型在特定范围内有…定的指导意义，但由于经过了各种简化，所　以在许多时候不能客观地反映实际情况。为此，本文把汽车系统看成是一　个黑箱，即不管其中环节的复杂程度，只关心黑箱系统的输入和输出信号，　对于汽车整车黑箱系统而言，输入是发动机油门开度　，输出是汽车的质　心速度ｕ，据此建立汽车系统的动力学方程，然后利用发动机转速ｎ和汽　乍质心速度ｎ之问的关系，便可得到关于发动机的数学模型。　

１汽车行驶运动方程　

１．１汽车的驱动力　汽车发动机产生的转矩系统传至驱动轮上，此时作用于驱动轮上的　转矩　产生一对地面的圆周力　，地面对驱动系统的反作用力　即是　驱动汽车的外力，即汽车的驱动力为：　

（１）采样　、采样是首先抽取模型上的特征点，然后构造一个与抽样点　

紧密匹配的简化网格。　（２）自适应细分。这类算法首先构造一个初始模型，然后根据一定的　规则通过细分把细节信息增加到简化模型中，从而得到精细模型。　（３）删除。这类算法重复地删除网格中的顶点或多边形，并对形成的　洞三角化。在三维游戏和动画巾得到广‘泛应用的渐进网格简化算法属于　这一类型。渐进网格具有实现简单和计算效率高的特点。　３．５纹理映射　我们感官区分物体的不同，除了物体大小形状等的不同之外，主要　的便是物体表面的纹理。随着人们对真实感图形要求的日益提高，纹理　映射技术也就自然地成了我们关注的一个焦点。　所谓纹理映射技术就是模拟景物表面纹理细节。根据纹理定义域的　不同，纹理可分为二维纹理和三维纹理；根据纹理的表现形式，纹理又可　分为颜色纹理、几何纹理和过程纹理三大类。　基于激光三维扫描数据的三维重建技术在逆向工程、汽车制造、医　学影像、地形绘制和文物复原等领域具有广阔的应用前景。　：擘　（１）　

第２９卷第１期　２　０　０　６年３月　长春理工大学学报　Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｃｈａｎｇｃｈｕｎ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｏｆ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ＶＯ１．２９　ＮＯ．１　Ｍａｒ．２　０　０　６　

基于ＬＱＲ方法的航空发动机最优Ｐｌ　Ｄ控制系统设计　

王永庭，郭迎清　

（西北工业大学动力与能源学院，西安７１００７２）　

摘要：本文采用基于ＬＱＲ的ＰＩＤ控制算法，设计某型号涡扇发动机控制系统。在该算法中，其最优ＰＩＤ控制　参数通过设计一线性二次调节器来获得。仿真结果表明，该方法设计的系统控制精度高、鲁棒性强，适于航空　发动机控制。　关键词：航空航天推进系统；航空发动机控制；ＰＩＤ；ＬＱＲ；稳态误差　中图分类号：Ｖ２３３．７　文献标识码：Ａ　文章编号：１６７２—９８７０（２００６）０１—０１２２—０３　

Ｏｐｔｉｍａｌ　ＰＩＤ　Ｃｏｎｔｒｏｌ　Ｓｙｓｔｅｍ　Ｄｅｓｉｇｎ　ｏｎ　Ａｅｒｏ－ｅｎｇｉｎｅ　Ｕｓｉｎｇ　ＬＱＲ　Ａｐｐｒｏａｃｈ　

ＷＡＮＧ　Ｙｏｎｇｔｉｎｇ，ＧＵＯ　Ｙｉｎｇｑｉｎｇ　（Ｓｈｏｏｌ　ｏｆＥｎｇｉｎｅ　ａｎｄ　Ｅｎｅｒｇｙ，Ｎｏｒｔｈｗｅｓｔｅｒｎ　Ｐｏｌｙｔｅｃｈｎｉｃａｌ　Ｕｎ￣ｅｒｓｉｔｙ，　ａｎ　７１００７２）　

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎ　ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ，ｔｈｅ　ｏｐｔｉｍａｌ　ＰＩＤ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｓｙｓｔｅｍ　ｆｏｒ　ａｅｒｏ—ｅｎｇｉｎｅ　ｗａｓ　ｄｅｓｉｇｎｅｄ　ｕｓｉｎｇ　ＬＱＲ（Ｌｉｎｅ－　

ａｒ－Ｑｕａｄｒａｔｉｃ　Ｒｅｇｕｌａｔｏｒ）ａｐｐｒｏａｃｈ．Ｔｈｅ　ｍｅｔｈｏｄｏｌｏｇｖ　ｏｆ　ＬＱＲ　ｗａｓ　ｕｔｉｌｉｚｅｄ　ｔｏ　ｓｅａｒｃｈ　ｔｈｅ　ｏｐｔｉｍａｌ　ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ＰＩＤ　ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ．Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｓｙｓｔｅｍ　ｗａｓ　ｐｅｒｆｏｒｍｅｄ．ｔｈｅｎ　ｅｘｃｅｌｌｅｎｔ　ｔｒａｃｋｉｎｇ　ｐｅｒｆｏｒｍ－　ａｎｃｅ　ａｎｄ　ｒｏｂｕｓｔｎｅｓｓ　ｗａｓ　ｏｂｔａｉｎｅｄ．Ｔｈｅ　ｓｙｓｔｅｍ　ｗａｓ　ｓｕｉｔａｂｌｅ　ｆｏｒ　ａｃｒｅ—ｅｎｇｉｎｅ　ｃｏｎｔｒｏ１．　

２００６年第３２卷第３期　航空发动机　３９　

陈云张天宏　（南京航空航天大学，南京２１００１６）　摘要：设计了基于３个层次的航空推进控制系统闭环仿真试验方案，重点阐述了基于试验台的半物理仿真的　关键技术。　关键词：仿真技术　航空推进控制系统半物理仿真　Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ｉｎ　Ａｅｒｏｐｒｏｐｕｌｓｉｏｎ　Ｃｏｎｔｒｏｌ　Ｓｙｓｔｅｍ　Ｃｈｅｎ　Ｙｕｎ　Ｚｈａｎｇ　Ｔｉａｎｈｏｎｇ　（Ｎａｎｊｉｎｇ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｏｆ　Ａｅｒｏｎａｕｔｉｃｓ　ａｎｄ　Ａｓｔｒｏｎａｕｔｉｃｓ，Ｎａｎｊｉｎｇ　２１００１６，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａ　ｃｌｏｓｅｄ—ｌｏｏｐ　ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ　ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ　ｐｒｏｊｅｃｔ　ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ｔｈｒｅｅ—ｌｅｖｅｌ　ｉｓ　ｐｒｅｓｅｎｔｅｄ　ｆｏｒ　ａｅｒｏｐｒｏｐｕｌｓｉｏｎ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｓｙｓｔｅｍ．Ｔｈｅ　ｋｅｙ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ　ｏｆ　ｓｅｍｉ—ｐｈｙｓｉｃａｌ　ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ　ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ｔｅｓｔ—ｂｅｄ　ａｒｅ　ｍａｉｎｌｙ　ｅｘｐｏｕｎｄｅｄ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ；ａｅｒｏｐｒｏｐｕｌｓｉｏｎ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｓｙｓｔｅｍ；ｓｅｍｉ—ｐｈｙｓｉｃａｌ　ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ　

１　引言　仿真技术综合了当代科学技术中多种现代化尖　端手段，极大地扩展了人类的视野、时限和能力，在　航空航天等科学技术领域起到了极其重要的作用。　本文简介了仿真技术在航空推进控制中的发展　状况，提出了航空推进控制系统基于３个层次的仿　真方案，重点阐述了基于试验台的半物理仿真的关　键技术。　２仿真技术在航空推进控制系统中的应用　２．１仿真技术的作用　在航空技术研究、试验、设计、制造和使用中，仿　真技术极为重要。在方案研究阶段，可以通过含实　物的仿真对虚拟系统的硬件与软件进行可行性研究　和优化；在研制阶段，可以通过含实物的仿真对实物　进行评定，从而减少不必要的差错和风险。　在航空推进系统研究和发展过程中也是如　此…。从总体性能仿真开始，仿真技术首先用于发　动机控制系统试验、发动机整机试车和发动机循环　

航空发动机仿真模拟手册

航空发动机作为飞机的“心脏”，其性能和可靠性直接影响着飞行的安全与效率。为了更好地设计、研发和优化航空发动机，仿真模拟技术发挥着至关重要的作用。这本手册将带您走进航空发动机仿真模拟的世界，为您详细介绍相关的知识和技术。

一、航空发动机仿真模拟的重要性

在航空领域，对发动机进行实际的物理测试和实验往往成本高昂、时间漫长，而且具有一定的风险性。而仿真模拟技术则提供了一种高效、经济且安全的替代方案。通过建立数学模型和物理模型，我们可以在计算机上对发动机的工作过程进行模拟，预测其性能、分析潜在的问题，并为设计改进提供有力的支持。

例如，在发动机的研发阶段，仿真模拟可以帮助工程师在设计方案尚未实际制造之前，就对其性能进行评估，从而避免了不必要的制造和测试成本。同时，对于已经投入使用的发动机，仿真模拟可以用于故障诊断和预测维护需求，提高发动机的可靠性和可用性。

二、航空发动机仿真模拟的基本原理

航空发动机的仿真模拟基于一系列的物理和数学原理。首先，需要对发动机的各个部件，如压气机、燃烧室、涡轮等，建立精确的数学模型。这些模型通常基于流体力学、热力学、燃烧学等学科的理论。 例如，对于压气机的模拟，需要考虑气体的流动、压缩过程以及能量转换。通过求解相应的流体力学方程，如纳维斯托克斯方程，结合边界条件和初始条件，可以得到压气机内部的流场分布和性能参数。

在建立部件模型的基础上，还需要将它们组合成一个完整的发动机系统模型。这通常涉及到系统的耦合和协调，以确保各个部件之间的工作相互匹配。

三、仿真模拟的流程和方法

（一）模型建立

1、 收集发动机的设计参数和性能数据，包括几何尺寸、材料特性、工作条件等。

2、 选择合适的建模软件和工具，如 ANSYS、CFD 软件等。

3、 建立各个部件的几何模型，并进行网格划分，以准备进行数值计算。

（二）边界条件和初始条件设定

1、 确定发动机的进口和出口条件，如进气温度、压力、流量等。