航空发动机主燃油机械液压控制系统仿真研究

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航空发动机的工作过程是极其复杂的气动热力过程，对航空发动机主燃油控制系统进行全面精确的仿真试验研究，对初步掌握主燃油控制系统的性能具有重要的工程应用价值。航空发动机主燃油调节控制系统在其工作过程中，会受到各种不确定性因素的干扰，采用变结构控制中滑动模态对系统干扰和摄动的自适应性来设计控制器具，有较好的实际意义。使用模型参考滑呢制方法，基于模型设计，规划燃油输出量，再应用滑模变结构控制器跟踪调整获得最终的控制量，这样使滑呢制的到达阶段大大缩短，使在主燃油控制过程中，体现出滑呢制对于扰和不确定项的鲁棒优势。

1 基于 AMESim软件的系统建模系统构造1.I AMESim 软件说 明AMESim是用于液压系统建模、仿真及动力学分析的软件，利用 AMESim对系统进行建模仿真过程如图1所示。-般要按照以下4个步骤开展工作：草图模式、子模型模式、参数模式和运行模式 J。

1.2 主燃油液压控制系统建模主燃烧室燃油流量的控制是由电子控制器和主控油装置协同工作完成。主燃油控制系统原理框图见图2所示。主燃油控制装置由主燃油计量活门、应急l理解元件(系统)原理IlI自定义 l SketchMode U AMESim l模型库I 。 搭建模型 l。l元件库I fSubmodel Mode确定子模型IParameter M。de设置模型参数H 数据列表IRun M。de设置运行参数 H 仿真过程I后处理(数据、数据)图 1 AMESim 建模仿真过程图2 主燃油系统控制框图电磁阀和转换活门等控制附件组成，控制软件中的主燃油计量拈根据油门杆位置和发动机工作状态计算收稿日期：2012-08-31基金项 目：国家 自然科学基金(61179073)作者简介：傅强(1974-)，男 (满族)，辽宁丹东人，副教授，硕士，主要从事航空发动机液压技术方面的科研和教学工作。

78 液压与气动 2013年第2期出应输出的供油量，电子控制器输出对应的指令信号，主燃油计量活门输出相应的燃油流量。

主燃油控制装置拈由执行活门、匀速静态活塞和随动活塞等装置组成。其功能是将占空比电磁阀提供的液压油流量信号转化为随动活塞的位移。其中执行活门将活门上腔压力转化为匀速静态活塞上腔的指令压力，主要起到滤波和稳压作用，防止由于占空比电磁阀的快速开关造成的燃油压力脉动。匀速静态活塞的移动和通过匀速静态活塞燃油流量的大嗅改变随动活塞上腔的燃油容积，引起随动活塞的移动。本文所建立的主燃油控制装置拈的模型如图3左侧框图所示。为测试所建系统的工作情况，建立了其与发动机系统的联合工作系统。图3右侧框图为发动机数学模型。主燃油控制装置拈 发动机数学模型 模型参考滑呢制算法，即构成了航空发动机主燃油模型参考滑呢制系统。

图3 主燃油液压控制装置拈及发动机模型2 模型参考滑呢制器设计对所建立如图3的被控对象，设定滑呢制系统的参考模型为二阶系统：梦amy 6 r(t)。取d(t)为外部干扰，i d(t)J

C模型跟踪误差为eY-Y ，则 ： - 。滑模函数设计为：S： ce (I)滑呢制律为： (-c -l6nlr D-叼-fami l0 )sgn(s) (2)其中， >0，a，b为常数。

稳定性分析：定义Lyapunov函数为V÷s。，由式(1)得：s占c -Y-mcea -吐m m6u～6 rd c将滑呢制律式(2)代人上式，得：口 -amy -(ce f1 6 r i十D叼lⅡ !l口 1)sgn(s)-6 rdc则 ：s ais-。 s-(c c e ll 6 r ID7I 1)amy 1) -6 cays-0 l l s l-amy s-1 0 f I s Ic s-c 1 e ls l-bmrs-1 6 r 1l s lds-Ds j-，7s I≤-叼I s l即 ≤-叼1 s 1采用饱和函数代替符号函数，可消除抖振。饱和函数设计为：， 1 s >sat(s)s/8 l s l≤- 1 <-6其中 >0。

图 4 模型参考滑呢制 Simulink仿真结构图22013年第2期 液压与气动 793 主燃油液压控制系统 AMESim/Simulink联合仿真及分析首先建立基于模型参考滑呢制的 Simulink仿真系统，调入前面在 AMESim中建立的主燃油控制装置拈和发动机模型，得到联合仿真模型如图 4所示。

tion2为参考模型，s.Function3为AMESim中建立的主燃油控制装置拈及发动机数学模型。

取所建立的AMESim燃油系统被控对象参考模型为：互amXbmr(t)，其中，r(t)为输入信号，所选取的为油门杆在不同位置时，主燃油控制系统及发动机的响应。所采用控制律为前面所描述的公式(2)，取D8、叼0.02、c10，使用的饱和函数中的60.02。取发动机的三个不同工作状态(H0，Ma0；H 11 km，Ma0.9；日20 km，Ma1.7)进行仿真，结果如图5-图7所示。

图5 液压执行机构输出位移跟踪曲线删震蘩图 6 输出燃油量变化曲线时间/s图7 发动机 N2转速变化曲线图5为燃油系统中的液压执行机构输出位移跟踪曲线，4条曲线分别对应与期望输出和发动机三个工作状态下的输出，可以看出实际输出能较好跟踪所希望的输 出，系统响应实际少于 2 S，超调量小于 3%。

图6为所建立的燃油系统输出的燃油变化量 曲线，图7为发动机高压转子输出的转速跟踪曲线，三条曲线分别对应于三个发动机的工作状态。从仿真曲线可以看出，输出量对系统响应较好，系统很快达到稳定状态，响应时间在 2 S以内，超调量低于3%。所建立的系统达到了所需控制的目的。

4 结论本文针对航空发动机主燃油液压控制系统的工作特点，建立了基于 AMESim的主燃油控制装置拈并发动机模型。然后其调入 MATLAB/Simulink中，用所建立的模型参考滑呢制器对其进行控制仿真。对应与发动机不同工作状态的仿真结果表明，无论是燃油系统的输出还是发动机的转速响应都能较快地达到系统要求，超调量较小，达到了控制要求。与传统单-的滑模变结构控制方法相比，本文中所应用的参考模型滑模变结构控制通过模型参考的方法来设计滑呢制量，能使滑模收敛过程更快，鲁棒性强。