摘 要
航空发动机是一个结构复杂、非线性强的多变量控制对象，随着航空发动机权限数字式电子控制的研究和应用，控制变量也随着发动机性能要求的不断提高而越来越多，发动机全包线范围内智能控制技术的应用是必然趋势。
本文将智能控制理论和方法引入到航空发动机多变量控制中。由于PID控制具有结构简单、物理概念清晰的特点，将PID控制和模糊控制相结合，设计出航空发动机模糊PID控制器。以某型发动机为被控对象，进行了全包线内的数字仿真研究。研究表明，模糊PID控制器具有良好的稳定性和鲁棒性。
关键词：航空发动机 ，模糊控制，模糊PID控制
ABSTRUCT
Aero engine are complicated, non-linear and multivariable control systems, with the developments and applications of aero engine full authority digital electronic control, the requirements for aero engine performances become higher and higher, and aero engine control variables become more and more. Intelligence control for aero engine multivariable control in the full envelope is inevitable.
In this paper, the theory and method of intelligence control are used to aero engine multivariable control. Due to the simplicity and clear physical conception, PID control is banded with fuzzy control and a fuzzy-PID controller is proposed for aero engine control systems.
IN this paper, the real-time simulation experiment has been done on a turbofan aero engine. Simulation results indicate that the neural network adaptive control system has good real-time performances in the full envelope.
Key word: aero engine, fuzzy control, fuzzy-PID control;
目 录
第一章 绪 论
1.1 引言 ……………………………………………………… 1
1.2 航空推进系统 …………………………………………… 1
1.2.1 航空发动机的种类 …………………………… 1
1.2.2 推进系统控制的发展 ………………………… 2
1.2.3 模糊控制对于航空发动机控制的意义…………3
1.3 模糊控制理论………………………………………………3
1.3.1 模糊控制的现状与前景………………………… 3
1.3.2 模糊控制的基本原理……………………………4
1.3.3 模糊控制器的设计方法…………………………5
1.4 本文研究的内容……………………………………………6
第二章 航空发动机的工作原理及数学模型………………………………8
2.1 航空发动机的工作原理……………………………………8
2.1.1 活塞式发动机…………………………………… 8
2.1.2 涡轮喷气发动机 …………………………………10
2.2.3 现代涡轮喷气发动机的结构 ……………………11
2.2 航空发动机数学模型………………………………………13
2.2.1 发动机动态方程 …………………………………13
2.2.2 线性模型系数的确定…………………………… 14
第三章 航空发动机的控制系统的设计 ……………………………………16
3.1 航空发动机控制系统简介 …………………………………16
3.2 航空发动机数字电子控制…………………………………16
3.3 航空发动机多变量控制……………………………………17
3.4 航空发动机模糊控制………………………………………18
3.5 航空发动机智能控制………………………………………18
3.6 控制系统的设计……………………………………………19
第四章 航空发动机控制算法的设计 ………………………………………21
4.1 航空发动机PID控制器的设计……………………………21
4.1.1 PID控制原理 …………………………………… 21
4.1.2 PID 参数整定…………………………………… 22
4.2航空发动机模糊PID控制系统结构和原理……………… 23
4.2.1 确定隶属函数…………………………………… 25
4.2.2 参数调整规则…………………………………… 26
4.2.3 模糊推理运算和重心法反模糊化…………………28
4.3 仿真分析………………………………………………………31
4.3.1 传统PID控制和模糊PID控制的仿真……………31
4.3.2 MATLAB/SIMULINK 主要特点………………………31
4.3.3 PID 模糊自整定控制系统仿真……………………33
4.4 结论 ………………………………………………………… 38
结束语………………………………………………………………………… 39
参考文献………………………………………………………………………40
第一章 绪 论
1.1 引言
航空发动机是一个结构极其复杂、非线性强的被控对象，对其建立精确数学模型十分困难，即使通过模型简化、线性化等方法建立起了数学模型，不可避免的同真实对象之间存在着差距，这就使得以被控制对象的精确数学模型为基础的经典控制和现代控制显得乏力。以模糊数学为基础的模糊控制理论能够很好地解决这一问题。该理论有良好的处理信息和经验信息的能力，模拟人类的思考方式，作为无模型非线性动力系统，有着更强的处理发动机非线性控制的能力。
1.2 航空推进系统
1.2.1 航空发动机的种类
航空发动机的主要功用是为飞行器提供推进动力或支持力，是飞行器的心脏。自从飞机问世以来的几十年中，发动机得到了迅速的发展，从早期的低速飞机上使用的活塞式发动机，到可以推动飞机以超音速飞行的喷气式发动机，还有运载火箭上可以在外太空工作的火箭发动机等，时至今日，飞行器发动机已经形成了一个种类繁多，用途各不相同的大家族。如图1.1所示：
航空发动机常见的分类原则有两种：按空气是否参加发动机工作和发动机产生推进动力的原理。
