涡桨发动机控制原理

第1章 绪论 1.1 涡桨发动机的发展历程 1.2 涡桨发动机控制特点 1.3 自动控制理论的重要作用 1.3.1 经典控制理论 1.3.2 现代控制理论 1.4 涡桨发动机控制系统设计要求 1.4.1 涡桨发动机控制系统结构组成 1.4.2 涡桨发动机控制计划 1.4.3 涡桨发动机控制变量的选择 1.4.4 涡桨发动机控制系统的设计要求 1.5 本书结构安排 第2章 控制系统的基本概念、原理 2.1 系统特征不变性 2.1.1 系统特征不变性及线性模型的归一化 2.1.2 被控对象的增广及归一化与控制器的还原 2.2 渐进稳定 2.2.1 渐进稳定性定义 2.2.2 渐进稳定性判据一：李雅普诺夫**方法 2.2.3 渐进稳定性判据二：劳斯赫尔维茨判据 2.2.4 渐进稳定性判据三：根轨迹法 2.2.5 渐进稳定性判据四：奈奎斯特判据 2.2.6 渐进稳定性判据五：李雅普诺夫第二方法 2.3 闭环负反馈原理 2.3.1 闭环灵敏度函数、补灵敏度函数的约束条件 2.3.2 开环内嵌积分环节伺服性能 2.3.3 闭环负反馈原理 2.4 伺服跟踪和扰动抑制 2.4.1 无静差伺服跟踪 2.4.2 无静差伺服跟踪控制系统结构设计 2.4.3 内模原理 2.5 液压机械系统的两个基本动力学微分方程 2.6 小闭环控制原理 2.7 开环频域回路成型原理 2.7.1 开环频域成型原理 2.7.2 开环频域成型设计 2.8 模型降价原理 2.8.1 主导极点支配逐次迭代降阶法 2.8.2 状态空间模型降阶方法 2.9 执行机构饱和抗积分原理 2.10 热电偶传感器动态特性补偿原理 2.10.1 传感器动态模型 2.10.2 动态补偿算法 2.10.3 算例 2.11 增量式PI控制递归算法 2.11.1 增量式PI控制递归算法 2.11.2 算例 2.12 多状态控制切换*小*大原理 2.13 陷波原理 2.14 运算放大器负反馈电路的高稳定性设计原理 2.14.1 运算放大器的频率响应 2.14.2 运算放大器负反馈电路设计 第3章 螺 旋桨特性 3.1 机翼升力和阻力 3.2 叶素运动学 3.3 桨盘动力学 3.4 叶素动力学 3.5 叶片动力学 3.6 螺旋桨部件特性缩比法 第4章 涡桨发动机热力循环及热力计算 4.1 涡桨发动机设计点热力循环 4.1.1 大气 4.1.2 进气道 4.1.3 压气机 4.1.4 燃烧室 4.1.5 燃气涡轮 4.1.6 动力涡轮 4.1.7 尾喷管 4.2 涡桨发动机性能 第5章 自由涡轮式双轴涡桨发动机动态模型 5.1 螺旋桨工作特性 5.1.1 螺旋桨特性 5.1.2 螺旋桨工作状态 5.2 螺旋桨非线性模型 5.3 涡桨发动机部件特性获取的缩比法 5.4 涡桨发动机部件模型 5.4.1 旋转部件的变比热计算原理 5.4.2 大气 5.4.3 进气道 5.4.4 压气机 5.4.5 燃烧室 5.4.6 燃气涡轮 5.4.7 动力涡轮 5.4.8 尾喷管 5.4.9 减速箱 5.4.10 螺旋桨 5.4.11 涡桨发动机性能 5.5 涡桨发动机部件级非线性动力学迭代模型 5.5.1 非线性动力学迭代模型建模方法 5.5.2 Newton Raphson迭代法 5.5.3 Broyden迭代法 5.5.4 动力学微分方程的解算步长和收敛性 5.5.5 动力学微分方程的Euler法求解 5.5.6 动力学微分方程的改进欧拉法求解 5.5.7 动力学微分方程的RungeKutta法求解 5.5.8 涡桨发动机各部件稳态共同工作平衡方程 5.5.9 涡桨发动机非线性部件级稳态模型计算流程 5.5.10 涡桨发动机各部件动态共同工作平衡方程 5.5.11 涡桨发动机非线性部件级动态模型计算流程 5.6 双轴涡桨发动机线性模型 5.6.1 基本方法 5.6.2 顺数法线性化 5.6.3 线性模型归一化 5.6.4 算例 第6章 单轴涡桨发动机动态模型 6.1 涡桨发动机容腔动力学非线性模型 6.1.1 容腔动力学原理（Principle of Volume Dynamics） 6.1.2 大气（atmosphere） 6.1.3 进气道（inlet） 6.1.4 压气机（compressor） 6.1.5 容腔Ⅰ（volume Ⅰ） 6.1.6 涡轮（turbine） 6.1.7 容腔Ⅱ（volume Ⅱ） 6.1.8 尾喷管（nozzle） 6.1.9 减速箱（reduction gearbox） 6.1.10 螺旋桨转子动力学（propeller rotordynamics） 6.1.11 燃气发生器转子动力学（gas generator rotordynamics） 6.1.12 涡桨发动机性能（turboprop engine performance） 6.2 单轴涡桨发动机线性模型 第7章 涡桨发动机液压机械式控制 7.1 涡桨发动机控制系统基本组成 7.2 燃油控制系统 7.2.1 燃油泵组件 7.2.2 燃油调节器 7.2.3 燃油流量分配器 7.3 涡桨发动机状态燃油控制 7.3.1 起动控制 7.3.2 加速控制 7.3.3 减速控制 7.3.4 稳态控制 7.3.5 超转限制保护控制 7.4 螺旋桨变距调速系统 7.4.1 桨叶变距调速原理 7.4.2 变距调速器的稳定工作状态 7.4.3 变距调速器的闭环负反馈调节 7.4.4 螺旋桨变距调速器超转保护模式 7.4.5 螺旋桨变距调速器Beta模式 7.4.6 螺旋桨变距调速器反桨模式 7.4.7 超转保护和发动机故障顺桨 第8章 单轴涡桨发动机数字控制 8.1 控制计划分析 8.1.1 涡桨发动机工作状态的选择 8.1.2 调节方案 8.2 单轴涡桨发动机控制计划 8.2.1 工作状态定义 8.2.2 单轴涡桨发动机功率管理计划 8.2.3 节流状态控制计划 8.2.4 恒转速状态组合控制计划 8.2.5 加减速过渡态控制计划 8.3 起动、加速安全工作边界 8.4 单轴涡桨发动机过渡态控制 8.4.1 起动加速到慢车状态的控制 8.4.2 从慢车状态快速加速到起飞状态的控制 8.4.3 从慢车状态慢速过渡到起飞状态的控制 8.5 压气机防喘控制 8.5.1 喘振机制 8.5.2 IGV调节防喘控制 8.5.3 VSV调节防喘控制 8.5.4 压气机中间级、末级放气防喘控制 8.5.5 采用三转子结构防喘 8.6 执行机构小闭环设计 8.6.1 执行机构小闭环回路 8.6.2 电液伺服燃油计量开环模型 8.6.3 根轨迹设计原理 8.6.4 设计算例 8.7 单轴涡桨发动机控制系统设计算例 8.7.1 单轴涡桨发动机转速控制结构 8.7.2 转速闭环控制频域回路成型设计 8.7.3 单轴涡桨发动机控制系统仿真 第9章 双轴涡桨发动机数字控制 9.1 双轴涡桨发动机稳态控制回路方案设计 9.1.1 地面慢车状态控制方案 9.1.2 飞行慢车状态控制方案 9.1.3 起飞状态控制方案 9.1.4 巡航状态控制方案 9.2 双轴涡桨发动机加减速控制回路方案设计 9.2.1 地面慢车加速控制方案 9.2.2 飞行慢车减速控制方案 9.3 双回路解耦控制 9.3.1 前馈补偿去干扰原理 9.3.2 双回路解耦前馈补偿器设计 9.3.3 双回路解耦系统结构 9.4 状态反馈极点配置伺服控制规律设计 9.4.1 运动的模态 9.4.2 极点配置问题 9.4.3 期望闭环极点 9.4.4 极点配置算法 9.4.5 状态反馈极点配置伺服控制 9.4.6 转速双回路解耦前馈补偿器设计 9.4.7 燃气发生器转速输出反馈控制器设计 9.4.8 动力涡轮转速状态反馈控制器设计 9.5 仿真验证 9.5.1 线性系统仿真 9.5.2 飞行包线内仿真 第10章 双轴涡桨发动机多变量综合控制 10.1 混合灵敏度H∞控制设计 10.1.1 设计原理 10.1.2 闭环灵敏度函数频域整形 10.1.3 涡桨发动机混合灵敏度H∞控制设计 10.2 涡桨发动机模型跟踪H∞控制设计 10.2.1 模型跟踪H∞控制设计 10.2.2 二自由度模型跟踪H∞控制设计 10.3 不确定性对象建模 10.3.1 参数不确定性数学描述 10.3.2 动态不确定性数学描述 10.3.3 乘性不确定性权函数的计算 10.3.4 未建模动态乘性不确定性权函数的确定 10.3.5 乘性不确定性闭环系统的鲁棒稳定性RS 10.3.6 标称性能NP的权函数的设计 10.3.7 鲁棒性能RP的评估 10.4 不确定性系统的鲁棒控制设计与鲁棒裕度 10.4.1 不确定性控制系统架构 10.4.2 鲁棒稳定性和鲁棒性能要求 10.4.3 Δ-M结构的鲁棒稳定性 10.4.4 非结构化不确定性的鲁棒稳定性 10.4.5 不确定性鲁棒稳定性的μ检测方法 10.4.6 不确定性系统鲁棒性能的μ检测方法 10.4.7 鲁棒稳定性和鲁棒性能的μ分析 10.4.8 μ控制器的DK迭代法 10.5 涡桨发动机不确定性系统μ综合控制设计 10.5.1 模型跟踪μ控制设计 10.5.2 二自由度模型跟踪μ控制设计 参考文献