《航空发动机控制》课程设计及综合实验指导书

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1、《航空发动机控制》课程设计及综合实验指导书张天宏编南京航空航天大学能源与动力学院系统控制与仿真研究室2004年12月1.引言32.课程设计任务单52.1示例152.2示例262.3示例372.4示例482.5示例593.课程设计专题指导103.1“数字电子控制器总体设计”课程设计指导103.2“数字电子控制器控制算法设计”课程设计指导133.3“数字电了控制器的实现与验证”课程设计指导153.4“串行通信接口设计”课程设计指导173.5“典型功能电路模块设计”课程设计指导194.常用参考资料214.1“数字电子控制器总体设计”参考资料214.2“数字电了控制器控制算法设计”参考资料3

2、14.3“数字电子控制器的实现与验证”参考资料404.4“串口通信接口设计”参考资料554.5“典型功能电路模块设计”参考资料64图4.5・4运算放大器引脚图684.6电路设计软件Protel99简介764.7Multisim2001简介784.8其他参考电路图80引言“航空发动机控制”是飞行器动力工程专业的一门主干专业课程，它包括“发动机控制元件”和“发动机控制系统”两部分内容。在过去的儿十年间，南航飞行器动力工程专业控制方向的专业课程设计，一直是针对某型航空柱塞泵进行相关的机械设计。在新世纪教学改革思想的指导下，从提高教学效呆、深化教育改革和全而推进素质教育的角度，提出了“航空发

3、动机控制”课程设计的教学改革思路，并制定了实施办法。新的课程设计采用全新的适用于“现代航空发动机控制”的教学体系，将原先的机械设计内容变革为电了控制系统设计。学生通过综合应川发动机控制、电工电了学、自动控制、口动检测、计算机控制等课程的知识，进行一系列的丄程实践。该课程设计可以帮助学生提高学习兴趣，增强分析问题和解决问题的综合能力。具体的改革方案是:将以前的仅针对航空汕泵的机械设计改革成针对全权限数字电子控制（FADEC）系统屮数字电了控制器的综合设计，包括硬件电路模块和数字控制器程序模块的设计与实践。FADEC系统的数字电了控制器一般包括：与各种传感器接口的信号调理与模数转换电路构

4、成的前向控制通道、山处理器及数字控制算法构成的核心数字控制器、山数模转换与驱动电路等构成的后向控制通道，另外还包括故障检测•切换电路、控制器电源等。由于课程设计时间有限，所以将FADEC系统的数字电子控制器分解成多个小的电路模块和程序模块，这样便于任务的分配和考核，并使课程设计的内容多样化。主耍电路模块包括：各种传感器信号调理模块（转速信号、位移信号、压力信号、温度信号、流量信号等）、各种控制驱动模块（燃油控制、喷口控制、导叶角控制等）、数字处理模块、AD转换模块、DA转换模块、故障检测模块、通道切换模块、电源模块等。主要程序模块包括：监控程序模块、各种控制器算法模块（比例控制器、比

5、例积分控制器、比例微分控制器、比例积分微分控制器、模糊控制器、前馈控制器、串级控制器、各种最优控制器等）、起动控制模块、加减速控制模块、加力控制模块、口测试模块、通信接口模块等。以上各种模块的合理组合，可以构成一个完整的数字电子控制器。为了考核所设计控制器的性能，将开发一种廉价的半物理仿真试验接口模拟器。图1-1是模块化的航空发动机数字电了控制器及其半物理仿真试验环境示意图。为了便于教学指导，在课程设计的实施过程中，将学生分成数字电子控制器总体设计、数字电子控制器控制算法设计、数字电子控制器的设计与验证、串行通信接口设计、典型功能电路模块设计5个组，分别由相关的老师负责指导。学生在课

6、程设计的过程中，要仔细阅读课程设计任务单、相关的课程设计专题指导及参考资料，积极参加针对课程设计内容的专题讲朋，认真领会课程设计指导书屮的方法、手段,努力独立完成任务单规定的内容，从数字电子控制器的整体角度来领会课程设计的口的，并尽可能多地了解本组和其他组同学的设计内容。同样市于课程设计时间有限，学住在课程设计过程屮开展的研究工作是有限的。将航空发动机控制方向综合实验与课程结合起来，对以较好地解决课程设计时间不够的问题，同时,便于将设计和实验的内容结合起来，提高教学效果。另一方面，为了实现完整的数字电了控制器，需要前后儿届学住的研究内容具有继承性和连贯性，但是课程设计的目标和研究思路

7、应具有一致性。“航空发动机控制课程设计指导帖”的内容包括：课程设计任务单、课程设计专题指导、课程设计的参考资料。其屮，课程设计参考资料屮给出了各组课程设计经常参考的材料或不「对以作为航空发动机拎制方向综合实验的参考巧。便搜集的材料，或者提供设计范例。“航空发动机控制课程设计指导IPC机（航空发动机数学模型）1/C胺口卡发动机控制半物理仿其接口模拟器传感器接口执行机构接口转速信号调理模块P1D控制器燃油控制驱动模块压力信号调理模块模糊控制器喷口挖制驱动模块挂