涡扇发动机分布式控制系统通讯时延对系统性能影响分析

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1、学校代码10699分类号V23密级学号2012201105题目涡扇发动机分布式控制系统通讯时延对系统性能影响分析作者田飞龙学科、专业航空宇航推进理论与工程指导教师郭迎清申请学位日期2015年3月分类号：V23学校代码：10699学号：2012201105硕士学位论文（学位研究生）题目涡扇发动机分布式控制系统通讯时延对系统性能影响分析作者田飞龙指导教师郭迎清专业技术职务教授学科（专业）航空宇航推进理论与工程西北工业大学动力与能源学院·动力工程与测试系中国·西安二零一五年三月ResearchontheImpactofCommuni

2、cationDelayonEnginePerformanceinDistributedControlSystemDissertationsubmittedtoNorthwesternPolytechnicalUniversityInpartialfulfillmentoftherequirementForthedegreeofMasterofEngineeringScienceByPropulsionTheoryandEngineeringofAeronauticsandAstronauticsSupervisor:Prof.

3、YingQingGUOXi’an,P.R.ChinaMarch2015摘要摘要未来飞机发动机控制系统将会是基于分布式结构，传统传感器和执行机构将被智能传感器和执行机构所取代，并通过数据总线通信。分布式结构有利于先进技术的使用，具有减重，提高性能以及降低成本的优势。分布式发动机控制系统性能依赖于通信总线性能，而总线通信会引入一些通信约束，如网络诱导时延和数据掉包，会对发动机性能造成一定影响，严重时甚至引起系统不稳定。本文的主要研究内容如下：首先，介绍了当前集中式控制系统中电子控制器结构，发动机中需要传输的信号等，作为分布式控制系

4、统结构以及总线通信的基础。比较了三种分布式控制系统结构，针对某型涡扇发动机设计了其部分分布式控制系统结构。接着，研究分布式控制系统的通信总线，提出总线选择参考因素。在比较不同总线基础上，选择CAN总线的时间触发协议TTCAN作为备选总线。以某型涡扇发动机为对象，进行了总线带宽评估，通信方案设计。利用TrueTime工具箱建立了一个分布式系统数字仿真系统，研究分析了时延、掉包等通信约束对发动机性能的影响。随后，提出存在时延和掉包情况下的控制器设计策略。基于李亚普洛夫稳定性定理，分析时延条件下系统的稳定性以及最大允许时延。通过求解

5、线性矩阵不等式设计反馈控制增益，保证时延和掉包条件下系统的稳定性。提出一种重构增益调度的方法，进行时延和掉包补偿，并针对非线性模型进行了仿真验证，效果良好。最后，进行了硬件在回路验证，仿真验证了时延和掉包对系统性能的影响，以及所设计的控制器的有效性。关键词：航空涡扇发动机，分布式控制，总线通信，时延和掉包，重构增益补偿，硬件在回路IABSTRACTABSTRACTFutureaircraftenginecontrolsystemswillbebasedonadistributedarchitecture,inwhich,the

6、sensorsandactuatorswillbeconnectedtothecontrollerthroughanengineareanetwork.Distributedenginecontrolarchitectureenablestheuseofadvancedcontroltechniquesalongwithachievingweightreduction,improvementinperformanceandlowerlifecyclecost.Theperformanceofdistributedenginec

7、ontrolsystemispredominantlydependentontheperformanceofcommunicationnetwork.Thecommunicationnetworkwillintroducesomeconstraints,suchasnetwork-induceddelayanddatadropouts,whichdegradetheperformanceofthecontrolsystemorinworstcase,mayevendestabilizethecontrolsystem.Them

8、aincontentsofthispaperareasfollows.Firstly,currentcentralizedFADECstructureandvarioussignalstransmittedinthesystemweredescribed.Thecentral