航空发动机控制基础.ppt

Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,*,航空发动机控制基础,航空工程学院,1,航空发动机（燃气涡轮发动机）推力,工作原理,飞机在不同的飞行阶段，需要不同的推力,起飞、爬升、巡航、下降、进近、着陆、复飞,此外，飞行条件也在不断变化。,进气道,压气机,燃烧室,喷管,涡轮,2,控制发动机的推力或功率输出以满足飞机的需要。,燃油系统将清洁的、无蒸汽的、经过增压的、计量好的燃油输送给燃烧室。,燃油量的多少要由燃油控制器给出,保证发动机的安全工作。,不熄火、不超温、不超载、不喘振、不超转,防止压气机的喘振(VBV variable bleed valve、VSV variable stator vane),提高发动机的性能（涡轮间隙控制TCC）,3,4,5,早期：,单变量控制基本的安全考虑,发展：,多变量监控以安全为主兼顾性能,成熟,全权限监控以安全为主兼顾性能和经济性,未来,全权限数字电子控制以安全为主兼顾性能、经济性和环保性,6,CFM56 FADEC系统的功能,7,航空动力装置控制包括：,进气道控制、,发动机核心机控制,、排气装置控制,8,航空发动机控制基础,aircraft engine control,根据自动控制原理运用机械、液压、气压、电气等控制装置使航空发动机自动地按预定规律工作，以便发动机在各种飞行条件下能安全工作并获得最佳的或接近最佳的性能。,涉及的内容控制理论、发动机原理、气体 动力学、工程热力学、机械、液压、电子、计算机等各方面的知识。,9,航空发动机对控制装置的基本要求,保证最有效的使用发动机，最大限度地发 挥其潜力,最大状态,巡航,慢车,10,航空发动机对控制装置的基本要求,保证动力装置稳定工作，控制精度高,有极强的抗干扰能力,调节的准确度要高,11,航空发动机对控制装置的基本要求,良好的动态品质,控制的动态过程要有较好的快速性，而且过程要平稳,12,航空发动机对控制装置的基本要求,可靠性高，维护性好,采用分布式结构降低控制系统的复杂性,将控制器安装在远离发动机的区域,采用砷化镓和碳化硅制造电子元器件,提高系统的耐高温、抗振动和抗电磁干扰的能,力,13,航空发动机对控制装置的基本要求,可更改性好，满足先进发动机对控制不,断增加的要求,14,航空发动机对控制装置的基本要求,结构简单、重量轻、体积小、安装方便,15,16,第二章 民航发动机的控制,内容,自动控制的基本概念,民航发动机控制的内容,17,自动控制的基本概念,18,被控对象:,发动机,控制装置：,转速控制器（虚线内部分）,控制系统：,被控对象控制装置,被控参数：,转速,可控变量：,用来改变被控参数大小的因素,干扰作用量：,作用在被控对象/控制装置上，能够引起被控参数变化的外部作用量,给定值：,驾驶员的指令值,19,控制作用量：,能改变给定值大小的作用量,调准和调准机构：,改变控制作用量的过程及其机构,过渡过程和平衡稳定过程,结构简图,r,20,21,控制系统的基本控制方式：,开环控制 闭环控制,闭环控制特点：,在控制器输入量和被控对象之间，不仅存在正向作用，而且存在反馈作用,反馈是将输出返回到输入量的入口,结构简图,f,p m w,f,n,y,执行元件,供油元件,发动机,放大元件,敏感元件,22,闭环控制：,控制比较精确，在现代飞机上被广泛使用,反应不够及时，被控参数发生偏离，才开始动作，干扰量连续变化，系统工作不稳定,偏离原理控制,23,24,开环控制：,开环系统是一种最简单的控制方式，特点是在控制器和被控对象之间只有正向作用，而没有反馈，即系统的输出量对控制量没有影响。,f,p m,w,f,n,放大元件,放大元件,放大元件,放大元件,敏感元件,25,开环控制:,反应及时，控制系统和被控对象（发动机）同时感受外界所有的干扰量变化，控制装置变化与发动机变化同步，稳定性好。,控制精度差 不能感受所有的干扰量,对发动机内部的变化无法感知,26,开环与闭环控制系统的比较,闭环系统引入了反馈，精度高，可以采用成本较低，精度不太高的元件构成精度较高的控制系统,开环系统没有纠正偏差的能力，当受到干扰时，会引起系统精度降低，它的精度完全取决于系统元器件的精度和调整的准确度,27,复合控制,放大元件,执行元件,供油元件,发动机,敏感元件,指令机构,敏感元件,28,思考题,闭环控制的原理是什么,29,民航发动机控制的内容,发动机控制内容有：,燃油流量控制,空气流量控制,涡轮间隙控制,冷却控制,其它系统控制,涡桨、涡轴发动机控制,超音速民航机控制,30,发动机控制的目的,稳态控制：保持既定发动机的稳定工作点,过渡控制：快速而又稳定可靠,极限控制：保证发动机的主要参数不超出安全限制,31,稳态控制,目的：为了获得所需要的推力和功率,转速控制,压力比控制,慢车控制,反推力控制,加力控制,进气道控制,32,被控参数和可控变量,表征发动机推力的量,N,1,EPR,W,f,燃油流量 A,e,喷管出口面积,33,控制方案（调节规律或调节计划）,根据外界干扰（飞行高度和速度的变化）和驾驶员的指令来改变可控变量，以保证发动机被控参数不变或者按预定的规律变化，从而达到控制发动机推力的目的。,不带加力的单转子涡喷发动机,W,f,n,双、三转子的涡喷和涡扇发动机,W,f,n,H,W,f,EPR,W,f,c,*,34,过渡控制,目的：过渡过程能迅速、稳定、可靠的进行,启动控制,加速控制,减速控制,压气机防喘控制,加力接通及关闭控制等,35,压气机控制,在启动、加速和减速过程中保证压气机稳定工作，不发生,喘振,控制方案（程序控制）,1 按转速n的压气机控制。,2 按压比进行控制,3 按n,2,和压气机进口温度控制VBV、VSV,4 按相似转速控制,5 按照n,1,、n,2、,大气总温、进口温度、环境压力、飞行马赫数、推力杆角度等进行逻辑控制。FADEC,36,安全限制,超转限制,超温限制,超压限制,超功率限制,37,民航发动机的控制类型,机械液压式控制,JT8D JT9D-7J PT6T,监控型电子式控制,JT9D-7R4 CFM56-3 RB211-535E4,全权限数字电子控制,PW4000 V2500 CFM56-5 Trent GE90,38,第三章 燃油泵,内容,齿轮泵的工作原理,油泵供油量的调节特性,39,供油元件：燃油泵,油泵：是一种将机械能转化为液压能的机械,。,根据用途分类：燃油泵 供应带压力的燃油（航空煤油）,滑油泵 供应滑油以及其他特殊需要的,液体（水）,液压泵 为液压系统提供动力油,40,根据供油原理分类：,容积式泵 ：抽吸元件作相对运动，改变元件间的自由容积，,进行吸油和挤油。供油量的大小取决于一次循,环中自由溶积的变化大小。压力的大小理论上,与供油量无关。,柱塞泵、齿轮泵、旋板泵,叶轮式泵：叶轮做旋转运动，增加液体的动能和压力能，,在叶轮后的扩压器中，再将动能转化为压力位能。,离心泵、螺旋泵、汽心泵等,根据供油元件一次循环索提供的油量是否变化，,分为：定量泵和变量泵,41,柱塞泵,容积式 齿轮泵（定量）,旋板泵,航空发动机油泵,离心泵,叶轮式 螺旋泵（定量）,汽心泵（变量）,42,目前用的最多的是：,轴向倾斜式柱塞泵和渐开线直齿外啮合齿轮泵,航空发动机对齿轮泵的要求：,重量小；在额定共有压力范围内，有较高的,效率；结构简单，安全可靠，寿命长；抵抗污染能力强；适应环境能力强；在转速不变的情况下，可以方便、合理的大范围调节供油量等。,43,3.2 齿轮泵,44,影响供油量的因素,1 泄漏损失,由间隙、压差、温度引起,径向间隙和轴向间隙,充填损失,吸油腔压力过低、无效容积的影响和泵转速过高,2 转速对供油量的影响,高转速可以提高供油量，但是提高有限度。,目前油泵转速在5000转/分以下，要求齿顶的切线速度Vmax10米/秒,45,3 齿数对供油量的影响,标准齿轮节圆直径,齿轮模数m：指相邻两轮齿同侧齿廓间的齿距t,与圆周率的比值,Z:齿数,46,4,齿宽对供油量的影响,供油量与齿宽b成正比,齿宽一般不超过10m,47,四 齿轮泵的供油量调节,齿轮泵是定量泵，工作容积可改变，当,p不,变时，流量Q与转速n成对应关系。,供油量的调节不能靠泵内部的调节，可以通过,以下方法调节供油量。,48,3 旁路回路调节,旁路调节是定量泵调节供油的唯一方法，但是会引起温升，对于高性能的发动机节流比较大，必须采用变量泵。,49,柱塞泵,工作原理图,吸油过程：柱塞伸出Vp吸油；,压油过程：柱塞缩回Vp压油,50,柱塞泵,出口压力受到流动阻力的限制，低转速下仍然可以获得较高的压力。,柱塞泵特点：,（1）柱塞和转子配合间隙容易控制，密封性好，容积斜率高0.93-0.95。（2）高压泵，结构复杂，价格贵，使用环境要求高。（3）柱塞数通常为7、9、11个，单数，减小脉动。（4）排量取决于泵的斜盘倾角。,51,2 增加转速,会增加零部件的磨损、影响寿命，还会使油液的填充恶化。,3 斜盘角度r r16,。,斜盘工作面常采用锥形或圆形面,4 柱塞安装角,（,13,。,15,。,）,52,柱塞泵的特性（Q,n,p,in,p,out,),1 供油量与转速关系,2 供油量调节特性,3 供油量 压差特性,4 汽隙特性,低压区产生气泡,高压区气泡挤压破灭,这种气泡生灭过程及伴随而来的液压撞击：汽隙现象,53,柱塞泵主要优点是供油量可以调节,为了减少柱塞头与斜盘表面的磨损，采用油膜支撑和柱塞摆动头。,54,第三章 燃油泵,内容,离心泵的工作原理,各类油泵供油量的调节特性,55,离心泵,优点：,转速高，供油量大,供油稳定，无脉动,运动部件少，结构简单，比重量小,抗燃油污染性好，寿命高,缺点：,效率低，低转速时压力低,对抗气蚀性能要求高,调节性能差（低转速）,56,57,第四章 传感器,内容,转速传感器的工作原理和应用,元件的自稳性,58,对发动机的准确控制，首先要准确的测量影响发动机性能的各种信息,例如：,高度、速度、温度、压力、转速、流量,等,传感器,：,将被测的某一物理量（信号）按一定的规律转换成与其对应的另一种（或同种）物理量（信号）输出的装置,非电物理量电量信号,包含：,敏感元件和转换元件,完成信息测量和转换作用的元件叫敏感元件或测量元件,59,60,对测量元件的要求：,灵敏性好,迟滞性小,准确性好,抗干扰性强,61,转速,一 机械离心式,输入量 n,输出量 y,62,特性分析,1 元件的灵敏度（n-y),低灵敏区 可用工作区,临界转速n,cr,63,2 元件的不灵敏区,不灵敏区（迟滞区）,转速改变，导杆不移动,迟滞系数,64,3 元件的自稳定性,转速不变，调准弹簧力不变，元件保持给定位,置的一种能力。,65,轴向换算力 弹簧力,n,1,n,2,P,0，,P,0,为外界环境压力）,分压室压力P,1,介于,P,2,、P,0,之间，P,1,称为分压压力,1,=P,1,/P,2,在超临界状态下保持为常数,将分压器和薄膜组合起来，薄膜实际压力比,=P,3,/P,2,当,1,=,时，,P,1,=P,3，,无输出；,当P,2,发生变化时，,发生变化,1,，,产生输出。同样当P,3,发生变化或,P,3,、P,2,都变化，都会产生输出,92,不灵敏区,元件的灵敏度,93,第四章 传感器(3),内容,温度敏感元件的工作原理及应用,94,在发动机的工作过程中，对各个站位温度的了解，有助于了解发动机的性能。,进气温度、压气机进口温度、T,3,*,、T,4,*,等,被测的介质有气体（空气、燃气）,液体（燃油、滑油）,温度敏感元件的感应部位一般与被测介质直接接,触，但是感受到的温度并不等于介质温度，他与,敏感元件的尺寸、形状、材料和被测介质的性质、,状态有关系。,95,对温度敏感元件的要求：,热惯性小，即时间常数小,工作可靠，寿命长,结构简单，体积小,航空发动机上常用的有,充填式温度敏感元件,双金属式温度敏感元件,热电偶式温度敏感元件,电阻式温度敏感元件,96,非电测量(充添式、双金属式),电测方法(热电偶、电阻式),一、充填式,充液式 甲醇、乙醇、二甲苯,(适合测量发动机进口温度),充气式 惰性气体。氦气、氮气,(凝点较低，可测温范围大),充蒸汽式,低沸点的液体,(尺寸小，敏感性好，非线性程度严重),充填式温度敏感元件主要利用易膨胀的物质在介质温度发生变化时，由于体积膨胀而产生的压力或位移的原理制成。,结构简单可靠，成本低；测温范围窄，热惯性大,适合测量进口温度，燃滑油温度,1：密封外套；,2：波纹管；,3：推杆,97,二、双金属式,工作原理是当两种热膨胀系数不同的金属片沿接触表面焊在一起时，在温度改变时，产生变形输出位移。,形式包括平面片状、圆碟状或绕成平面螺旋状,主要用作温度补偿或控制元件,特点是灵敏度高，稳定性好,98,三、热电偶式,任何金属都有一定的自由电子，如果把两种不同的金属连接起来，由于不同金属自由电子密度不同，电子会发生扩散。而且温度会影响电子的扩散速度，两者呈现变化影响关系。将两种不同材料的金属丝（铜和铂）连接在一起，组成回路，形成热电偶温度传感器。,99,热电偶产生电势较小，通常将几个热电偶串联，导线的电阻值为关键参数。,热电偶的电流取决于热端、冷端的温度和电阻值，所以做好的热电偶不能随便剪短。,100,热电偶式温度敏感元件的特点,结构简单，能承受振动，高温下不易氧化和腐蚀,可采用多个热电偶测温，取平均值,如果并联使用，损坏一个也不影响工作,使用维护方便,有一定的热惯性（近些年来我国自制了时间常数较小的热电偶）,101,四、电阻式,大多数纯金属温度每升高一度，电阻增加0.4,0.6%,(自由电子受温度升高影响活动加剧，对电流起到阻滞作用),半导体材料（金属氧化物、金属硫化物）温度每升高一度，电阻减少1.6,5.4%,(半导体的晶格受热膨胀，使电流通过阻力减小),电阻式温度传感器根据温度和电阻的单值函数关系特性而制成的温度敏感元件。通常利用电阻桥式测量线路来测温。,102,热电阻式在测量范围内准确性高、灵敏度高和较好的稳定性，适用于低温测量（测大气温度、压气机进口温度、燃油滑油温度）,要求热电阻材料：,化学性质上是惰性，受热不氧化,电阻随温度变化呈线性,电阻温度系数大，灵敏度高,同一牌号的材料，性能相同,103,第五章放大器,内容,分油活门式放大元件的特性,在控制系统中为什么需要放大元件？,放大元件是航空发动机控制系统的重要组成部分。在控制系统中，由于敏感元件输出信号能量微弱，不足以直接驱动负载（执行机构），例如柱塞泵的斜盘、燃油计量装置、汽心泵进口节流阀等，因此需要一定的装置将敏感元件的信号转换为具有更大能量的信号，以驱动负载，这一装置称为放大元件。简言之，就是将微小的信号（位移、力、电量）进行放大的一种装置,104,种类：机械式、液压式、气动式、电气式,机械式放大元件：例如杠杆、齿轮机构，由于受控制器 结构的限制，其放大作用有限，故不单独作为放大元件来应用。,液压式放大元件：以一定压力的液体为工质，将输入信号转换为液压力来驱动负载的放 大元件。分油活门式(滑阀式)液压放大元件和喷嘴挡板式放大元件即为这种液压放大元件。,气动式放大元件：以一定压力的气体为工质，将输入信号加以放大的元件。这种放大元 件可以利用压气机出口压力为工质，结构也比较简单，但灵敏性和工作稳定性较差。,电量放大元件是将电压或功率等电信号加以放大的元件，例如数字式电子放大器和模拟式电子放大器。,电液式放大元件是将输入的电信号放大并转换为液压力或功率的放大元件。例如，在发动机数字控制系统中广泛应用的电液伺服阀，它可以将微小的电信号转换为很大的输出功率。,105,液压机械式：,结构简单、可靠性好、输出力大、相应快，对温度不太敏感，重量小。,分油活门,喷嘴挡板,射流放大器,分油活门式广泛应用于发动机的转速调节器、流量调节器、加速活门、排油活门等,目前在航空中应用最广泛的是两种液压放大元件：分油门(滑阀)式和喷嘴挡板式,106,分油活门,“,分油活门,”,的含义包括分油活门、衬套和油路。,分油活门可以在衬套中沿轴向移动，分油活门上凸台的作用是遮蔽或打开衬套上的窗口。,当分油活门移动时，打开由凸台控制的衬套上的窗口，所打开的窗口轴向尺寸称为开度，打开的面积为液体的流通面积，也称为节流面积，,节流面积的大小取决于分油活门的轴向位移、窗口的形状及尺寸和窗口数目。,分油活门是分油活门式液压放大器的组成部分。分油活门式液压放大器的特性与分油活门的结构及特性密切相关。,107,分油活门的输入信号是敏感元件的位移信号、输出信号是油压；随动活塞的输入信号输入信号是油压、输出信号是活塞的位移量,控制结束后，分油活门必须回到中立位置。但是随动活塞可能处于新的位置，这种元件叫做非定位元件。,108,分油活门的类型（按照油路数目分）,109,衬套上窗口的形状,长方形,面积与位移成正比，加工难度大。A=by,圆形,面积与位移非线性,z 滑阀每一凸台所控制的孔数,圆孔半径,110,三 流量特性,实际质量流量与活门开度的关系,Q=,AV,=,/g,Ps=P+1/2,V,2,不可压流体 V=2(Ps-P)/,1/2,Q：实际的体积流量,A：流通面积,Ps：伺服油压力（工作液压力）,P：经分油活门节流后的油压力,：分油活门的流量系数,111,流量系数,长方形孔、正重叠量、红油为工作液,112,两条曲线都可以近似的看成直线,工作介质的温度和种类不同，因而使流量系数发生变化。,在紊流状态下，粘度对流量系数的影响很小，故可不考,虑温度和介质对流量系数的影响。在层流状态，粘度越,大，流量系数越小。,113,压力-位移特性,当分油活门由中立位置移动时，输出压力变化的特性,分油活门在中立位置，各参数的关系滑阀凸台的宽度与衬套上的窗口沿轴向的宽度或直径之差的，称为滑阀的重叠量,假定：,忽略粘性的影响,不计分油活门的阻力和管路损失,随动活塞不动,回油压力p,0,=0,114,滑阀在中立位置时，PaPb负载压力PP,a,P,b,，,一般P,a0,P,b0,(P,s,+P,0,)/2假定P,0,，,则P,a0,P,b0,P,s,/2,中立位置负重叠量取对称形式，,e,1,=e,4，,e,2,=e,5，,d,3,=d,6,分油窗口为圆形窗口，分油活门向右移动为正方向,115,根据设计分油活门出口压力为进口的一半,通过选配d,3,来满足中立位置的要求,116,压力-位移特性分析,灵敏度,在中立位置灵敏度最高,如果将负重叠量减小，则曲线变得更陡，灵敏度高了，工作范围小了,如果将工作液压力提高，则分油活门在中立位置时两腔压力都提高，即X曲线交点上移，曲线变陡，灵敏度变高,如果d,6,d,3,曲线不对称,117,5.2 带比例,负,反馈的分油活门式放大器,反馈,输出量m返回到输入口处。,正反馈：加强输入，灵敏；,负反馈：减弱输入，缩短振荡,发动机控制系统,反馈量与输入量之间有一定的函数关系，称为刚性反馈，也称为比例反馈（注，这里的函数是指简单函，不包含微积分）,反馈量与输出量之间无一定的函数关系的称为柔性反馈，也称速度反馈,118,带刚性反馈的分油活门式液压放大器,119,活塞上移速度先快后慢，使供油量的变化也先,快后慢，这样就可避免调节过程发生振荡（增加阻尼减小振荡），又可满足调节过程快速性的要求,随动活塞的一定位置对应于衬套的一定位置,是单值对应关系（比例关系）这种放大器是定位式放大元件，是一个稳定环节。,120,2 刚性反馈的其他结构类型,121,5.3带柔性反馈的分油活门式液压放大器,带刚性反馈的放大器输入与输出间存在一定的关,系，所以调节后存在着静态误差。,122,123,124,由上述过程可知：,当过程结束后，随动活塞回到原始中立位，反馈活塞、反馈衬套和反馈活门都在平衡位置，调节过程不导致静态误差，输入和输出没有一定函数关系，所以带柔性反馈的分油活门式液压放大器为非定位放大元件,125,1 过渡过程结束后，,2稳态时，输入输出没有关系,3改变b，A,A,，A,B,，A和杠杆比j，工作油压力p,s，,反馈系数均可以改变放大器的动态参数,126,带反馈的分油活门式液压放大器,127,5.4 喷嘴挡板,喷嘴挡板式放大器的特性及应用。,128,敏感元件的较少的输出力和位移，通过喷嘴挡板变为较大的力和位移，功率得到放大,输入量h，输出量m，一定的喷嘴挡板开度h，对应着一定的随动活塞位置m。,m和h 的关系取决于什么？,129,二、喷嘴挡板的流量特性,依靠挡板对喷嘴端面的相对位置变化，可以控,制液体的流量。,通过节流器的实际容积流量,Q,2,：,A：节流面积,P：节流前后压差,130,1 流量系数,流量系数与液体通道几何形状、压差和液体粘度有关系。,1 流量系数,流量系数与液体通道几何形状、压差和液体粘度有关系。,131,2 节流面积,3 压差,流量随开度增加，达到一定值后流量趋于平缓不再增加。,132,其他形式的放大元件,带刚性反馈装置的喷嘴挡板式液压放大器,133,杠杆凸轮式反馈放大元件,134,液压反馈放大元件,135,喷嘴结构,136,双喷嘴挡板式液压放大元件,137,第六章电液转换装置,内容,力矩马达,电磁活门,138,控制系统的发展,液压机械式 EEC FADEC,电液伺服活门,139,电液伺服活门,功用：,电气、液压信号间转换,信号的放大作用,组成：,电气转换装置（力矩马达）,液压放大器(分油活门、喷嘴挡板),例如：位置力反馈式两级电液伺服活门,140,位置体现在,衔铁挡板组件的变形,141,二、力矩马达,电,机械转换装置,动铁式：通过衔铁的运动来输出位移,动圈式：依靠线圈的运动来输出,142,2 静态特性,用来描述电流i，衔铁转角及负载M,L,的关,系,静态特性方程,143,6.2电磁活们,将电信号作用变成活门的开、关而使 流体通过或截止，又称为电动式执行元件,144,6.3数字电子控制的其它部分,145,ARINC429数据总线,146,第七章发动机的数学模型,内容,发动机数学模型的建立方法,147,1.,航空发动机数学模型概述,数学模型的定义,用数学语言（如方程式、图表、曲线）对物理过程的数学描述，可以模拟或仿照实际系统的行为,数学模型的作用,(仿真技术，数值仿真，用计算结果表示实际对象的运行结果),发动机特性分析研究,控制系统的分析和设计,对发动机进行故障诊断和容错控制,148,模型的种类,稳态、动态,线性、非线性（小偏离、大偏离、起动模型）,实时、非实时,建立模型的方法,理论法,小偏差线性化,从部件级模型建立动态小偏差线性模型,实验法,经典实验法：时域法、频域法、统计相关法,现代辨识法：最小二乘、极大似然、随机逼近,理论建模和实验法相结合,149,核心机core engine=热机+推进器布莱顿循环,150,基本发动机：尾喷口不可调的非加力单轴涡喷发动机,动力装置,power plant,发动机,engine,基本发动机,【BASIC ENGINE】,发动机本体,151,建立发动机的数学模型就是研究发动机的,动态特性，导出其输入量W,f,与输出量n之,间的动态方程（或传递函数）,152,一、基本假设,由于发动机内部的气动热力过程比较复杂，为了简化模型的推导，作如下假设：,仅考虑转子动力学、忽略热惯性和容腔效应,仅研究稳态点附近的小偏离特性,涡轮导向器和尾喷口处于临界以上工作状态,忽略飞行条件的影响或认为飞行条件不变,燃油泵不由发动机带动,忽略燃烧延迟及燃气与空气流量的区别,153,经拉式变换后,传递函数为,基本发动机是一个惯性环节，未考虑发动机内部流动细节，称为基本发动机的简化数学模型,154,三 动态方程参数的求取,155,156,157,四 T,T,和K,T,设供油量是阶跃输入，求得,放大系数大小表示输入信号对输出信号的作用,强度。,158,一、燃油泵的运动方程,159,基本发动机传动燃油泵时的动态方程式,基本发动机带泵后的时间常数,基本发动机带泵后的放大系数,160,在转速正反馈不显著的情况下，系统稳定,如果正反馈作用太强，即Kn太大，导致Te0,则出现不稳定的极点。,实际带泵的发动机的燃油量是通过转速闭环控制的,也有采取保持计量活门前后压差恒定的方法，将多余的供油量返回到油泵进口，使供油压差与转速无关。,基本发动机带泵后仍然是一个惯性环节，此时的输入量,是油泵调节机构的位置m，而且带泵后时间常数加大，,动态特性变差。,传递函数,161,第八章控制系统分析,内容,性能指标,162,性能分析,如何评价一个控制系统的性能？,评价指标：,系统的,稳定性、快速性和准确性,163,被控参数的变化形式,164,在干扰量的作用下，被控参数会偏离原来的稳,定值，当干扰量消失后，随着时间的增长，系,统还能够恢复到原来的稳定状态。,说明系统具有稳定性,相反，当干扰消失后，被控参数不能够回到原,来的稳定点，则此系统不具有稳定性。,165,为了衡量系统在过渡过程中的品质（动态,性能）,通常规定外部作用量为单位,阶跃,响应,166,这种阶跃响应是一个突变的作用，是形式,最简单后果也最严重的作用,如果系统在阶跃响应的作用下能很好的完,成任务，那么在其他作用下，例如正弦、,速度输入等，更能很好的完成任务。,167,一般来说，在单位阶跃作用下，系统的过渡,过程是一个衰减振荡过程。,168,对过渡过程的要求,过渡过程中衡量调节质量的三个指标,超调量%,过渡过程中输出量瞬时聚增超过稳定值大,小程度的量,169,调节时间,是指从被控变量开始变化起，直到最后一次进入误差带/公差范围内不再超出时，所经历的时间。,从过渡过程开始到稳定状态的建立，严,格讲需要无限长的时间。工程上允许有,一个稳定的公差范围（5或2）,170,振荡次数,在调节时间内，被控参数在稳态值附近上,下摆动的次数,有些系统对振荡次,数有限制，有些甚,至不允许有振荡存,在,171,对静态特性的要求：静态准确度,静态误差：过渡过程结束后，剩余的偏差,在干扰量的作用下最后偏离原来稳定值的,大小，偏离越小，说明静态准确度越高,有差控制,无差控制,是否等于,预定值,172,8.2 控制系统的动静态分析,一、系统微分方程的建立,f,p m w n,y,建立微分方程组，消去中间量，得到系统的微分,方程,执行元件,供油元件,发动机,放大元件,敏感元件,173,测量元件（放大环节）,液压放大元件（积分环节）,油泵（放大环节）,发动机（惯性环节）,反馈环节,174,系统的响应为,这是一个二阶振荡系统,特征方程,系统响应出现振荡的条件,系统响应单调的条件,各系数均为正值，系统是稳定的,175,特征方程,：,系统响应为单调的条件,：,系统响应出现振荡的条件,：,超调量,：,调整时间,：,176,3、静态特性,调节过程结束后，转速回到给定值（积分环节），系统无静差,但是动态品质差。可以增加校正装置（反馈校正），缩短调节时间。,177,传递函数和结构图,传递函数,在初始条件为零的情况下，输出量拉氏变,换与输入量拉氏变换的比值,178,典型环节,比例环节,积分环节,惯性环节,振荡环节,理想微分环节,纯滞后环节,179,由环节函数求系统函数,整个环节串联后的传递函数等于各个串联,环节传递函数的乘积,180,由环节函数求系统函数,整个环节并联后的传递函数等于各个串联,环节传递函数之和,181,第八章控制系统分析,内容,调正分析,182,带比例反馈的闭环转速控制系统,工作原理,183,动态特性,带比例反馈的液压放大器传递函数,测量元件（放大环节）,油泵（放大环节）,发动机（惯性环节）,反馈环节,184,整个系统的响应为,特征方程,系数都大于零，系统稳定,185,系统响应为非周期的条件,无比例反馈，系统响应为非周期的边界条件,186,选用带比例的间接作用式闭环系统,187,三、静态特性,时间无穷大时，给定转速的静态误差,干扰的静态误差,188,减小反馈杆的比例可以减小静态误差,比例反馈改善了系统的动态特性，却产生了静态误差,189,8.4带前馈的闭环转速控制系统,干扰量对系统的输出会产生影响，如果,干扰是可测的，可以采用前馈控制,（顺馈控制），开环补偿，在干扰对系,统产生不利影响之前，通过补偿作用消,除其影响。,闭环控制：输出量受到干扰后，反馈装,置才起作用。,190,带前馈的闭环转速控制系统图,开环转速控制系统图,191,系统的输出响应,适合的选择传递函数可以消除干扰量对系,统的影响,近似补偿到,192,干扰对输出的影响为,干扰比只用开环控制时小的多，体现开闭环复合控制的优越性，而且加前馈控制后与按偏差控制的原控制系统特征方程是一样的。说明增加前馈补偿不影响系统稳定性。稳定性由闭环控制回路来确定。,193,带双环前馈的闭环转速控制系统,194,