航空发动机控制系统的实时仿真技术

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1、专稿FEATURE航空发动机控制系统的实时仿真技术Real-TimeSimulationTechnologyforAeroengineControlSystem南京航空航天大学能源与动力学院 张天宏鉴于航空发动机控制系统的复杂性及行业特殊性，采用成品实时仿真平台进行控制系统开发时需要进行适应性改造，以保证仿真的便利性和置信度。在充分掌握实时仿真机理、领会仿真意图的前提下，自主开发针对航空发动机控制系统的专业仿真接口适配器，甚至全套实时仿真平台，无疑将是一种非常有效的技术途径。DOI:10.16080/j.issn1671-833x.2015.12.026张天宏南京航空航

2、天大学教授，博士生导师。主要从事航空发动机电子控制器设设计正面临着控制任务多、复杂度布，整个开发流程呈现一种从上至下计、控制系统仿真及试验测试技术研究。高、难度大且需求多样化的技术挑的技术分解以及从下而上的系统综发表学术论文60余篇，获省部级科技进战，传统的量体裁衣和基于经验的设合过程，即所谓的“V”形体系结构。步奖4项，获国家发明专利4项。计流程已经不能适应现代航空发动与传统的基于经验的设计方法相比，机控制技术的发展需求，迫切需要采基于模型的设计方法有助于更好地用先进的设计理念和高效的研发手理解备选设计方案和权衡设计要素，随着航空发动机技术的发展，段加以应对。从而能够

3、对复杂系统进行高效的优其对发动机控制系统的设计要求日美国英国等技术先进国家在航化设计。设计师采用图形化的工具益提高。全权限数字电子控制（Full空、汽车等复杂嵌入式控制系统研快速构建各种系统模型，将现有的CAuthorityDigitalElectronicControl，制领域已广泛采用基于模型的设计代码与标准控制模块库整合，实现基FADEC）是现代航空发动机的重要（ModelBasedDesign,MBD）理念。于代码复用的自动代码生成，使嵌入特征之一。FADEC系统是一种典型所谓MBD是指，在整个控制系统的式控制系统设计效率大幅度提高。的复杂嵌入式控制系统，具有极

4、高的开发过程中使用系统模型作为载体基于MBD理念开展复杂嵌入式可靠性要求。航空发动机控制系统进行方案评估、验证和目标系统的发控制系统研发的必要条件是拥有一26航空制造技术·2015年第12期专稿专稿FEATUREFEATURE种合适的实时仿真平台，这种仿真平性价比的实时仿真设备有大量需求，此外，FADEC系统还可以实现航空台一方面能实时运行控制对象或控急需研究。发动机的状态监视和健康管理，以提制器本身的模型；另一方面要具备本文从工程应用的角度阐述航高发动机的运行可靠性。与控制器实物或控制对象的信号接空发动机控制系统实时仿真的必要随着航空发动机技术的发展，口能力。基于这样

5、的仿真平台可以性、实时仿真的技术要点，并探讨了控制变量增加、功能要求提高，使得构建控制器快速原型（RCP），或者开实时仿真涉及到的几个关键技术问FADEC系统的复杂度不断加大，研[1-2]展控制器实物在回路仿真（HIL）。题，为国内进一步开展航空发动机控制难度和周期增加，传统的量体裁衣通过实时仿真，能够及时发现各种模制系统的实时仿真技术研究提供参和基于经验的设计流程已经不能适型之间的差异，而不需要等到设计周考。应现代航空发动机控制技术的发展期完成后才发现存在的问题。需求。通常FADEC系统和发动机的目前，国外已推出了多种商用化航空发动机控制系统研制过程是并行推进的，在实

6、际用于的实时仿真平台，最具代表性的是实时仿真的必要性真实发动机控制之前，如何有效开展美国ADI、德国dSPACE、英国ADS2航空发动机FADEC系统是一FADEC系统的设计和验证工作是一和加拿大的RT-Opal公司的实时仿种典型的复杂嵌入式实时控制系统，个迫切需要解决的问题。真平台。dSPACE的实时仿真系统它包括数字电子控制器、传感器和执MBD设计理念及实时仿真技术Simulator在航空航天领域的复杂嵌行机构。数字电子控制器是FADEC为FADEC系统的设计和验证提供了入式系统开发中已经得到广泛应用，系统的核心，一般采取互为热备份的一个有效的途径。FADEC系统的

7、开它与MATLAB/SIMULINK无缝集成，双通道冗余结构，每个通道一般包括发过程是一种系统工程，其研制过程可以直接生成代码下载到实时仿真信号调理模块、输入接口电路、处理符合系统工程的基本方法，即从上至平台上。ADI公司一直着眼于为汽器模块、输出接口电路、驱动电路和下的技术分解以及从下而上的逐级车、航空航天、国防军工等领域的用通信接口电路等，此外还设置一个独综合和验证过程，如图1所示的“V”[4]户提供复杂控制系统的实时仿真产立保护及通道切换管理模块，用于控形体系结构。品，其AD10、AD100仿真系统在20制系统重构和超转限制保护。传