精華資料單軸渦噴發(fā)念頭轉(zhuǎn)速操縱系統(tǒng)

1、動力與能源學(xué)院,單軸渦噴發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)學(xué),號：zz10030002專,業(yè)：輪機(jī)工程學(xué)生姓名：徐波任課教師：謝春玲,2011年4月單軸渦噴發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)摘要：本文通過對單軸渦噴發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)各個(gè)元件進(jìn)行數(shù)學(xué)建模，再繪制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖，通過結(jié)構(gòu)框圖得出系統(tǒng)的傳遞函數(shù)，給定數(shù)據(jù)后，進(jìn)行系統(tǒng)仿真與分析。關(guān)鍵詞：傳遞函數(shù),渦噴發(fā)動機(jī)仿真,轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)1.,轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)方案單轉(zhuǎn)子噴氣發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)為例，介紹試探法在控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用。已知不帶泵發(fā)動機(jī)在海平面標(biāo)準(zhǔn)大氣條件下處于最大狀態(tài)工作時(shí)的動態(tài)方程為,（1）傳遞函數(shù),（2）式中：TE=0.9s，KE=0.523假設(shè)選取圖1所示的閉環(huán)系統(tǒng)為

2、本設(shè)計(jì)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)方案。供油元件為齒輪泵11，執(zhí)行元件為齒輪泵旁路回油針6，控制器由機(jī)械離心式轉(zhuǎn)速測量元件和具有速度反饋校正裝置的液壓放大器組成。當(dāng)油門操縱桿位置改變時(shí)，凸輪軸,12轉(zhuǎn)動，改變轉(zhuǎn)速調(diào)準(zhǔn)彈簧13的彈簧力，使系統(tǒng)輸入量（轉(zhuǎn)速給定值,r）改變。,反饋校正裝置由阻尼器（包括活塞,3、限流器4、阻尼器筒,5），反饋杠桿2，反饋套筒9,和彈簧14，15組成。下面以隨動活塞,向上運(yùn)動為例，說明反饋裝置的工作情況。當(dāng)活塞7帶動回油針,向上運(yùn)動時(shí)，也同時(shí)帶動阻尼器活塞,3,向上運(yùn)動，在開始瞬間，阻尼器筒產(chǎn)生與活塞3相同的位移。當(dāng)阻尼器移動時(shí)，通過反饋杠桿2，使反饋套筒9向下移動，壓縮彈簧15。由于

3、彈簧15的彈簧力增大，作用于阻尼器筒上的力增加，使活塞3上腔壓力升高，上腔液體將通過限流器4流至活塞下腔，使阻尼器筒5向下移動，逐漸回到原來位置。當(dāng)阻尼器筒回到原位時(shí)，活塞3的上、下腔壓力相等，限流器中的液體流動停止。阻尼器相當(dāng)于一個(gè)微分元件。2、控制系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型,控制對象數(shù)學(xué)模型已知，下面只需推導(dǎo)控制器的數(shù)學(xué)模型?？刂破鲾?shù)學(xué)模型由元件動態(tài)方程構(gòu)成。下面推導(dǎo)各元件的動態(tài)方程。（1）轉(zhuǎn)速測量元件,機(jī)械離心式轉(zhuǎn)速測量元件如圖2所示，其輸入量為彈簧壓縮量,h,和轉(zhuǎn)速,n，輸出量為分油滑閥位移,。穩(wěn)定狀態(tài)下，dy/dt,0，d2y/,dt20，忽略分油滑閥的慣性力和阻尼力，離心塊的軸向換算力,1與轉(zhuǎn)速

4、調(diào)準(zhǔn)彈簧力,2相等，分油滑閥處于圖4所示的零位置。元件的輸出0非穩(wěn)定狀態(tài)下，分油滑閥的力平衡方程為,（3）式中,黏性阻尼系數(shù)；,e離心塊及分油滑閥在分油滑閥軸線方向上的折合質(zhì)量圖2,離心式轉(zhuǎn)速測量元件示意圖將式（3）線性化，并以相對增量形式表示，得,（4）式中,為微分算子；yb，nb,和b為基準(zhǔn)值。,實(shí)際很小，T20。在航空發(fā)動機(jī)的轉(zhuǎn)速測量系統(tǒng)中，離心塊和分油滑閥的質(zhì)量都很小，折合質(zhì)量e很小，因此,120。于是，轉(zhuǎn)速測量元件的動態(tài)方程可簡化為,（5）只要不是進(jìn)行精確的系統(tǒng)性能分析，通常，離心式轉(zhuǎn)速測量元件的動態(tài)方程都用式（,5）所示的簡化形式。 帶反饋裝置的放大元件,帶反饋裝置的放大元件如圖,

5、3所示。放大元件的輸入量為分油滑閥位移,，輸出量為隨動活塞位移,x。,對于圖5所示的液壓放大器，隨動活塞（即調(diào)節(jié)活塞）的慣性力及負(fù)載力與作用于隨動活塞上的液壓力相比較可以忽略。因此，可以近似地假設(shè)，液體是在恒定的壓力差下流過分油滑閥的節(jié)流口，液體流過節(jié)流口的流速,常數(shù)。圖3,帶反饋裝置的液壓放大器示意圖根據(jù)液體流動的連續(xù)性，可得,（6）b分油滑閥節(jié)流口的周向?qū)挾龋?液體流過節(jié)流口時(shí)的流速；,隨動活塞面積；x反饋套筒的位移增量；,xp隨動活塞的位移增量。由式（6）可得放大器動態(tài)方程,(7)式中：在零初始條件下，對式（7）取拉氏變換，得：,（8）下面推導(dǎo)反饋裝置的動態(tài)方程。根據(jù)液體流動的連續(xù)條件，

6、得,（9）A0,限流孔的有效節(jié)流面積；0,通過限流孔的液體流速；1阻尼器活塞面積。在小偏離情況下，可近似認(rèn)為通過限流孔的流量與限流孔的壓差p成正比，于是，可得液體通過限流孔的流速0與,p成正比，即,（10）將式（10）代入式（9），整理得,（11）,反饋裝置的動態(tài)方程式為：,（12）u反饋裝置時(shí)間常數(shù)，即其中b反饋系數(shù)，即在零初始條件下，對式（12）取拉氏變換，得,（13）3.執(zhí)行元件與油泵,進(jìn)入發(fā)動機(jī)的燃油流量m，f等于齒輪泵的供油量m,f1,減去通過回油針（執(zhí)行元件）的回油量m,f2。齒輪泵的供油量只隨油泵轉(zhuǎn)速而變，當(dāng)油泵由發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)子傳動時(shí)，則隨發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速而變。回油量m,f2,隨回油針的位

7、置而變，故進(jìn)入發(fā)動機(jī)的燃油流量為,(14),圖4,油泵和執(zhí)行元件供油特性可以利用圖4所示的供油特性線計(jì)算。如果忽略發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速的小偏離變化對供油量的影響，則執(zhí)行元件的動態(tài)方程為,（15）,系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖,為了便于進(jìn)行系統(tǒng)的分析與設(shè)計(jì)，首先對導(dǎo)出的每個(gè)元件的動態(tài)方程式，用傳遞函數(shù)表示，然后按各元件輸入與輸出信號的傳遞關(guān)系，繪出系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖，圖,2,所示轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖如圖7,所示。圖5,轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖在航空發(fā)動機(jī)控制系統(tǒng)的性能分析中，通常采用按系統(tǒng)的輸出端定義誤差的方法，即輸出量的給定值與輸出量的實(shí)際值之間的誤差?？刂葡到y(tǒng)閉環(huán)傳遞函數(shù)與性能分析控制系統(tǒng)閉環(huán)傳遞函數(shù),（16）將式（16）整理，得

8、（17）式中,5.控制器參數(shù)選擇與系統(tǒng)性能計(jì)算,在規(guī)定了系統(tǒng)的性能指標(biāo)和選定系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)方案并獲得描述系統(tǒng)動態(tài)特性的結(jié)構(gòu)圖后，即可著手進(jìn)行控制器參數(shù)的選擇和系統(tǒng)性能計(jì)算工作。試探法是建立在系統(tǒng)性能分析基礎(chǔ)上的設(shè)計(jì)方法，因此也稱分析法。,初步設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)時(shí)，首先應(yīng)根據(jù)性能指標(biāo)要求選擇測量元件和帶反饋校正裝置的放大器參數(shù)。參數(shù)的選擇憑設(shè)計(jì)人員的經(jīng)驗(yàn)和參考已有樣機(jī)的同類型元件進(jìn)行。本例中，選取K1,c，Tu,和b作為調(diào)整系統(tǒng)性能的參數(shù)。表1中列出了一組調(diào)整參數(shù)的選擇值。系統(tǒng)中不可調(diào)參數(shù)為油泵參數(shù),31.0，K41.0；發(fā)動機(jī)參數(shù),E0.9,E0.23。將各元件及發(fā)動機(jī)參數(shù)代入式（17）的各系數(shù)公式中，求得的系數(shù)值也列于表1中。表16使用simulink仿真圖6simulink控制圖圖7所示為系統(tǒng)的階躍輸入X=20,響應(yīng)曲線，當(dāng)t,時(shí)，系統(tǒng)輸出n達(dá)到20,。其中去Kr=15，Kf=0.5。7.結(jié)束語發(fā)動機(jī)的動態(tài)特性隨發(fā)動機(jī)的工作狀態(tài)和飛行條件改變而改變。高空低速飛行并且發(fā)動機(jī)在低轉(zhuǎn)速狀態(tài)工作時(shí)，發(fā)動機(jī)的動態(tài)