精華資料單軸渦噴發(fā)念頭轉速操縱系統(tǒng)

1、動力與能源學院,單軸渦噴發(fā)動機轉速控制系統(tǒng)學,號：zz10030002專,業(yè)：輪機工程學生姓名：徐波任課教師：謝春玲,2011年4月單軸渦噴發(fā)動機轉速控制系統(tǒng)摘要：本文通過對單軸渦噴發(fā)動機轉速控制系統(tǒng)各個元件進行數(shù)學建模，再繪制系統(tǒng)結構框圖，通過結構框圖得出系統(tǒng)的傳遞函數(shù)，給定數(shù)據(jù)后，進行系統(tǒng)仿真與分析。關鍵詞：傳遞函數(shù),渦噴發(fā)動機仿真,轉速控制系統(tǒng)1.,轉速控制系統(tǒng)方案單轉子噴氣發(fā)動機轉速控制系統(tǒng)為例，介紹試探法在控制系統(tǒng)設計中的應用。已知不帶泵發(fā)動機在海平面標準大氣條件下處于最大狀態(tài)工作時的動態(tài)方程為,（1）傳遞函數(shù),（2）式中：TE=0.9s，KE=0.523假設選取圖1所示的閉環(huán)系統(tǒng)為

2、本設計的系統(tǒng)結構方案。供油元件為齒輪泵11，執(zhí)行元件為齒輪泵旁路回油針6，控制器由機械離心式轉速測量元件和具有速度反饋校正裝置的液壓放大器組成。當油門操縱桿位置改變時，凸輪軸,12轉動，改變轉速調準彈簧13的彈簧力，使系統(tǒng)輸入量（轉速給定值,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,向上運動為例，說明反饋裝置的工作情況。當活塞7帶動回油針,向上運動時，也同時帶動阻尼器活塞,3,向上運動，在開始瞬間，阻尼器筒產(chǎn)生與活塞3相同的位移。當阻尼器移動時，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。當阻尼器筒回到原位時，活塞3的上、下腔壓力相等，限流器中的液體流動停止。阻尼器相當于一個微分元件。2、控制系統(tǒng)數(shù)學模型,控制對象數(shù)學模型已知，下面只需推導控制器的數(shù)學模型?？刂破鲾?shù)學模型由元件動態(tài)方程構成。下面推導各元件的動態(tài)方程。（1）轉速測量元件,機械離心式轉速測量元件如圖2所示，其輸入量為彈簧壓縮量,h,和轉速,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與轉速

4、調準彈簧力,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量圖2,離心式轉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為基準值。,實際很小，T20。在航空發(fā)動機的轉速測量系統(tǒng)中，離心塊和分油滑閥的質量都很小，折合質量e很小，因此,120。于是，轉速測量元件的動態(tài)方程可簡化為,（5）只要不是進行精確的系統(tǒng)性能分析，通常，離心式轉速測量元件的動態(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（即調節(jié)活塞）的慣性力及負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，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)流口的周向寬度；,液體流過節(jié)流口時的流速；,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,進入發(fā)動機的燃油流量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速而變，當油泵由發(fā)動機轉子傳動時，則隨發(fā)動機轉速而變?；赜土縨,f2,隨回油針的位

7、置而變，故進入發(fā)動機的燃油流量為,(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算。如果忽略發(fā)動機轉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)結構圖,為了便于進行系統(tǒng)的分析與設計，首先對導出的每個元件的動態(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系，繪出系統(tǒng)結構圖，圖,2,所示轉速控制系統(tǒng)的結構圖如圖7,所示。圖5,轉速控制系統(tǒng)的結構圖在航空發(fā)動機控制系統(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)性能計算,在規(guī)定了系統(tǒng)的性能指標和選定系統(tǒng)的結構方案并獲得描述系統(tǒng)動態(tài)特性的結構圖后，即可著手進行控制器參數(shù)的選擇和系統(tǒng)性能計算工作。試探法是建立在系統(tǒng)性能分析基礎上的設計方法，因此也稱分析法。,初步設計控制系統(tǒng)時，首先應根據(jù)性能指標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)的選擇憑設計人員的經(jīng)驗和參考已有樣機的同類型元件進行。本例中，選取K1,c，Tu,和b作為調整系統(tǒng)性能的參數(shù)。表1中列出了一組調整參數(shù)的選擇值。系統(tǒng)中不可調參數(shù)為油泵參數(shù),31.0，K41.0；發(fā)動機參數(shù),E0.9,E0.23。將各元件及發(fā)動機參數(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,響應曲線，當t,時，系統(tǒng)輸出n達到20,。其中去Kr=15，Kf=0.5。7.結束語發(fā)動機的動態(tài)特性隨發(fā)動機的工作狀態(tài)和飛行條件改變而改變。高空低速飛行并且發(fā)動機在低轉速狀態(tài)工作時，發(fā)動機的動態(tài)