微型涡喷发动机控制器设计与控制策略研究.pdfVIP

西华大学硕士学位论文

摘要

如今微型涡喷发动机已广泛运用于无人机与巡航导弹等小型化武器上。微型涡喷发

动机具有体积小、结构简单、易于制造维护与价格相对低廉等优点，在工程应用上具有

较高的工程研究价值。微型涡喷发动机控制器作为其重要的配套设备之一对于发动机的

稳定运行有着至关重要的作用。本文以某型微型涡喷发动机的控制器开发设计出发，首

先根据发动机控制器的实际控制需求分别完成了微型涡喷发动机控制器硬件与软件的

设计工作。为进一步提高发动机在起动与慢车控制环节的稳定性与快速性，分别对其起

动控制策略以及慢车闭环转速控制算法展开研究与设计，并最终通过仿真与台架试车实

验验证了其控制性能。本文完成的主要工作如下：

（1）根据某型微型涡喷发动机的结构，对控制器需求进行分析，并以此分别确定

了发动机控制系统的硬件电路总体设计方案以及软件系统总体设计方案。硬件电路总体

设计方案包含发动机控制器的传感器、执行器以及通讯协议三部分；而软件系统总体设

计方案则主要包含上位机系统以及下位机系统两个部分。

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（）根据控制器中传感器元器件以及执行器元器件各自的工作原理以及信号特性

分别设计了各自的驱动电路以及配套的底层驱动程序，之后将各元件之间进行整合完成

了控制器PCB板的设计与制作。

3CClion

（）完成了配套上位机以及下位机的设计，下位机软件使用语言在编译

器软件平台上进行开发；上位机使用C#语言在VisualStudio编译器软件平台进行开发，

实现了操作人员与发动机之间的人机交互功能。

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（）为实现发动机起动工况下的快速稳定起动，以发动机部件级模型为基础，根

据实际试车试验中导致发动机起动失败的具体故障原因制定发动机起动环节稳定控制

区间，并将起动环节分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三个环节分别制定其控制策略。

5RBF27500-55000rpm

（）首先通过神经网络建立了发动机慢车以上工况（）转

速预测模型，模型测试集平均预测误差约为1.35%。之后设计了一种改进进化策略用于

慢车以上闭环PI控制器的参数自整定，得到各转速域的多组PI最优控制参数，并最终

PI

用于提出并设计一种基于神经网络的改进控制器以实现发动机慢车工况下不同输入

条件的稳定快速控制，数值仿真试验表明该方法能够有效减少低转速域的超调量以及高

转速域下的调整时间，同时能够避免传统增益调度器中调整量过大时造成超调量超过发

动机最大限制超调量的问题。

关键词：微型涡喷发动机；电子控制器；起动策略；闭环转速控制；进化策略

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微型涡喷发动机控制器设计与控制策略研究

Abstract

Nowadays,miniatureturbojetenginesarewidelyusedinminiaturizedweaponssuchas

UAVsandcruisemissiles.Microturbojetenginehastheadvantagesofsmallsize,simple

structure,easymanufacturingandmaintenance,andrelativelylowprice,whichhashigh

engineeringresearchvalueinengineeringapplications.Microturbojetenginecontrolleras

oneofitsimportantsupportingequipmentfor