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1 绪论1

1.1 航空燃气涡轮发动机控制系统的组成、功能和基本原理2

1.1.1 控制系统的组成2

1.1.2 控制系统的功能和基本原理3

1.2 航空燃气涡轮发动机控制系统的发展及展望5

1.2.1 数字式电子控制5

1.2.2 多变量控制8

1.2.3 综合控制11

1.2.4 容错控制12

1.2.5 分布式控制14

1.2.6 模型基控制15

1.2.7 健康管理18

1.2.8 主动控制19

1.3 航空燃气涡轮发动机控制系统的设计要求20

1.3.1 性能要求20

1.3.2 可靠性要求22

1.3.3 重量要求23

1.3.4 维修性要求23

2 航空燃气涡轮发动机的建模与仿真25

2.1 引言25

2.1.1 发动机数学模型的种类25

2.1.2 对模型的要求26

2.1.3 建模方法27

2.2 部件级模型28

2.2.1 稳态部件级模型及其仿真29

2.2.2 动态部件级模型及其仿真32

2.2.3 容积动力学和传热动力学33

2.2.4 改善模型收敛性的方法36

2.2.5 提高模型实时性的措施41

2.3 状态变量模型43

2.3.1 偏导数法43

2.3.2 拟合法47

2.3.3 需注意的几个问题50

2.4 智能模型53

2.4.1 人工神经网络模型54

2.4.2 遗传算法建模58

2.5 自适应模型63

2.5.1 自适应模型概述63

2.5.2 输入转换模块65

2.5.3 状态变量模型模块65

2.5.4 增广状态变量模型模块66

2.5.5 卡尔曼滤波器模块67

2.5.6 神经网络模块68

2.5.7 稳态基线模型模块69

2.5.8 输出转换模块69

2.5.9 非线性计算模块69

2.5.10 仿真结果70

2.6 组件对象模型71

2.6.1 引言71

2.6.2 组件化设计思想73

2.6.3 COM接口73

2.6.4 动态链接库75

2.6.5 部件模型的组件化76

2.6.6 组建发动机模型77

3 航空燃气涡轮发动机稳态控制82

3.1 发动机稳态共同工作及控制计划82

3.1.1 发动机的共同工作82

3.1.2 涡扇发动机的控制计划83

3.2 单转子发动机稳态控制84

3.2.1 单转子发动机控制零极点对消法设计86

3.2.2 单转子发动机控制根轨迹和频率响应设计88

3.2.3 PID控制参数对发动机响应的影响95

3.3 双转子（涡扇）发动机稳态控制97

3.3.1 不带执行机构动力学的双转子（涡扇）发动机PI控制律设计99

3.3.2 带有执行机构动力学的双转子（涡扇）发动机PID控制律设计101

3.4 发动机控制量的选择——用燃油流量比作为控制变量103

3.5 航空发动机控制的全包线扩展104

4 航空燃气涡轮发动机过渡态控制106

4.1 发动机过渡态控制总述106

4.1.1 发动机起动过程控制要求106

4.1.2 发动机加速过程控制要求107

4.1.3 发动机减速过程控制要求107

4.2 过渡态控制设计方法108

4.2.1 基于程序的过渡态控制（开环控制）108

4.2.2 基于转加速度（？）的过渡态控制（闭环控制）109

4.3 加减速控制114

4.3.1 基于程序的加、减速控制115

4.3.2 基于？的加、减速控制116

4.4 加速控制过程中的非线性118

4.4.1 增益调参118

4.4.2 抗积分饱和121

4.5 限制保护控制器设计123

4.6 控制综合126

4.6.1 单转子发动机控制器综合126

4.6.2 双转子发动机控制器综合133

5 航空燃气涡轮发动机先进控制技术141

5.1 发动机鲁棒控制141

5.1.1 发动机ALQR控制方法141

5.1.2 发动机H∞LTR控制技术146

5.2 发动机智能控制153

5.2.1 发动机自适应神经网络PID控制154

5.2.2 发动机神经网络逆模型PI控制157

5.3 发动机性能蜕化缓解控制159

5.3.1 性能蜕化缓解控制机理159

5.3.2 推力估计技术160

5.3.3 性能蜕化缓解控制器设计166

5.4 发动机综合性能实时优化控制168

5.4.1 概述168

5.4.2 发动机性能寻优控制原理169

5.4.3 发动机性能寻优控制算法170

5.4.4 性能寻优用的机载发动机模型172

5.4.5 发动机性能寻优控制数字仿真验证175

5.5 发动机涡轮主动间隙控制179

5.5.1 概述179

5.5.2 发动机涡轮叶尖间隙模拟及主动控制原理180

5.5.3 数字仿真验证186

5.6 发动机主动稳定性控制189

5.6.1 概述189

5.6.2 基于相关度测量的主动稳定性控制技术原理190

5.6.3 发动机主动稳定性控制器设计192

5.6.4 基于压力相关度测量的主动稳定性控制仿真算例195

6 航空燃气涡轮发动机容错控制199

6.1 基于系统重构的多通道容错控制199

6.1.1 故障检测199

6.1.2 余度技术200

6.1.3 容错控制202

6.2 基于支持向量机的传感器解析余度技术203

6.2.1 约简最小二乘支持向量机204

6.2.2 在线训练约简最小二乘支持向量机205

6.2.3 基于在线RLSSVR的航空发动机传感器解析余度208

6.3 基于离线训练神经网络的传感器解析余度技术211

6.3.1 基于BP神经网络的稳态智能映射模块212

6.3.2 基于BP神经网络的动态智能修正模块213

6.3.3 基于Kalman滤波器的发动机蜕化影响补偿模块215

6.4 基于控制器切换的主动容错控制217

6.5 基于模型的执行机构故障诊断技术218

6.5.1 执行机构故障诊断系统设计218

6.5.2 执行机构模型219

6.5.3 发动机逆模型220

6.5.4 执行机构故障诊断仿真222

7 航空燃气涡轮发动机健康管理225

7.1 健康管理系统概述225

7.1.1 机载健康管理系统226

7.1.2 地面健康管理系统227

7.1.3 健康管理系统的信息处理228

7.2 发动机健康监视系统229

7.2.1 发动机健康监视系统体系结构230

7.2.2 发动机结构健康监视系统231

7.2.3 发动机气路健康监视系统233

7.3 基于模型的发动机健康评估234

7.3.1 对象分析235

7.3.2 奇异值分解方法237

7.3.3 基于奇异值分解的健康分析238

7.4 发动机故障定位技术239

7.4.1 最小二乘支持向量分类机240

7.4.2 极端学习机243

7.4.3 传感器与部件故障诊断系统244

8 大飞机涡扇发动机典型控制系统248

8.1 发动机燃油系统概述248

8.2 发动机燃油系统工作原理249

8.3 燃油供给和分配系统250

8.3.1 燃油供油管道251

8.3.2 具有离心增压级和主齿轮级的燃油泵251

8.3.3 燃油／滑油热交换器252

8.3.4 燃油滤252

8.3.5 燃油滤压差开关252

8.3.6 伺服燃油加热器252

8.3.7 液压机械装置（HMU）253

8.3.8 燃油流量变送（传感）器253

8.3.9 燃油温度传感器253

8.3.10 燃油总管253

8.3.11 燃油喷嘴253

8.3.12 燃烧室排油阀254

8.4 FADEC系统254

8.4.1 概述254

8.4.2 FADEC功能254

8.4.3 FADEC接收的输入信号256

8.4.4 FADEC的核心部件ECU257

8.4.5 ECU接口257

8.4.6 发动机控制的又一重要部件HMU259

8.4.7 FADEC的其他外围元部件260

8.5 发动机起动控制263

8.5.1 发动机起动概述263

8.5.2 起动／点火263

8.5.3 正常自动起动263

8.5.4 正常手动起动265

8.5.5 发动机运转265

8.6 涡轮主动间隙控制系统266

8.6.1 高压涡轮主动间隙控制系统266

8.6.2 低压涡轮主动间隙控制系统267

8.7 压气机控制267

8.7.1 可变放气阀（VBV）控制系统267

8.7.2 可变静止叶片（VSV）控制系统268

8.8 反推力控制268

8.9 功率控制269

8.9.1 油门控制269

8.9.2 油门控制杆270

8.9.3 反推力装置控制杆271

8.9.4 油门控制手感装置272

8.9.5 ENG/MASTER控制272

附录 A8 缩写符号和专用名词说明272

索引274