2013发动机控制大作业

图1 转速控制系统原理图

如图所示的单转子喷气发动机转速控制系统，选取了闭环系统作为系统结构方案。敏感元件为离心飞重块1，供油元件为齿轮泵11，执行元件为齿轮泵旁路回油针6，控制器由机械离心式转速测量元件和具有速度反馈校正装置的液压放大器组成。当油门操纵杆位置改变时，凸轮轴12转动，改变转速调整弹簧13的弹簧力，使系统输入量（转速给定值nr）改变。

反馈校正装置由阻尼器（包括活塞3、限流器4、阻尼器筒5），反馈杠杆2，反馈套筒9和弹簧14，15组成。当活塞7带动回油针6向上运动时，也同时带动阻尼器活塞3向上运动，在开始瞬间，阻尼器筒产生与活塞3相同的位移。当阻尼器移动时，通过反馈杠杆2，使反馈套筒9向下移动，压缩弹簧15。由于弹簧15的弹簧力增大，作用于阻尼器筒上的力增加，使活塞3上腔压力升高，上腔液体将通过限流器4流至活塞下腔，使阻尼器筒5向下移动，逐渐回到原来位置。当阻尼器筒回到原位时，活塞3的上、下腔压力相等，限流器中的液体流动停止。阻尼器相当于一个微分元件。

需完成以下工作：

1．给出转速敏感元件的工作原理，并推导其动态方程；

2．给出带反馈装置的放大元件的工作原理，并推导其动态方程；

3．给出执行元件的工作原理，并推导其动态方程；

4．推导基本发动机和带泵发动机的数学模型，即其动态方程；

5．在各个元件动态方程的基础上，给出带有干扰量的转速控制系统结构图；

6．推导控制系统闭环传递函数，并进行性能分析，包括稳定性和稳态性能分析（即稳态误差）。另可通过仿真软件如matlab进行频域分析及时域响应分析（属于加分的要求，可以不做）；

7．优化控制器参数，并对系统性能进行分析，要求至少提供一组改进系统性能的参数，并说明如何从结构设计上加以体现。

数据：

系统中不可调参数为油泵放大系数K3=1.0（转速放大系数），K4=1.0（回油针位置的放大系数）；发动机时间常数TE=0.9s，放大系数KE=0.23。

可调参数包括：

K1：转速测量元件的转速放大系数，范围在2~20可调；

Kr：弹簧压缩量的转速放大系数，即Δh对转速的影响，在本作业中可以先不考虑；

Kc：液压放大器的时间常数，范围在0.3~7之间；

Tu：反馈装置时间常数，范围在0.5~1.5之间；

ρb:  反馈装置的反馈系数，范围在1.0~1.5之间。

参考书：《航空发动机控制》，樊思齐，西北工业大学出版社

《航空发动机控制》课程组

2013-11-20