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第1章 发动机控制系统综述1

1.1 控制系统专业术语4

1.2 燃气涡轮发动机控制系统介绍6

1.3 发动机控制系统的发展史8

1.3.1 初始阶段9

1.3.2 成长阶段10

1.3.3 电子化阶段12

1.3.4 综合化阶段15

1.3.5 飞行研究与先进控制16

1.3.6 控制系统的复杂性19

1.3.7 历史上的重要发动机22

第2章 发动机建模与仿真29

2.1 稳态发动机模型29

2.2 动态发动机模型30

2.2.1 转子动力学——惯性效应30

2.2.2 压力动力学——质量存储效应34

2.2.3 温度动力学——能量存储效应36

2.3 整台发动机动力学的建模37

2.4 作动器和传感器动力学的建模39

2.4.1 液压作动器40

2.4.2 气动作动器44

2.5 高逼真度发动机仿真45

2.5.1 美国空军通用涡扇发动机模型45

2.5.2 NASA通用涡扇发动机模型48

2.6 发动机线性模型的导出49

2.6.1 非线性仿真导出线性模型49

2.6.2 按试验／运行数据的模型辨识51

第3章 模型降阶和动态分析55

3.1 发动机动态举例55

3.2 值得关注的频谱57

3.3 基本控制带宽内的主导动态58

3.3.1 通过频谱分解进行模型降阶58

3.3.2 基于奇异值分解的模型降阶（平衡实现）62

3.4 发动机和飞机动态综合64

3.4.1 涡轴发动机动态65

3.4.2 发动机和机身的兼容性问题69

3.4.3 直升机旋翼和涡轴发动机70

3.5 发动机动态变化73

第4章 稳态控制器设计76

4.1 单轴发动机控制器设计77

4.1.1 单轴发动机根轨迹设计78

4.1.2 单轴发动机频率响应设计82

4.2 双轴发动机控制器设计84

4.2.1 不带作动器动态的双轴发动机PI控制律设计86

4.2.2 带有作动器动态的双轴发动机PID控制律设计87

4.3 涡轴发动机控制设计89

4.3.1 动力涡轮转速反馈控制90

4.3.2 旋翼负载预期前馈控制90

4.3.3 最优燃油消耗量自适应控制91

4.4 稳态控制的某些实际问题92

4.4.1 不同控制律下的发动机响应92

4.4.2 用燃油流量比作控制变量94

第5章 过渡态和限制控制器设计96

5.1 基于计划的过渡态控制器设计97

5.1.1 控制计划概念98

5.1.2 加速控制99

5.1.3 减速控制100

5.2 过渡态控制中应考虑的非线性问题100

5.2.1 增益调参101

5.2.2 抗积分卷积103

5.2.3 减速喘振104

5.3 基于加速度的过渡态控制器设计104

5.3.1 ？控制概念105

5.3.2 双轴涡扇发动机？控制设计108

5.3.3 基于计划的控制与？控制的对比109

5.4 限制保护控制器设计110

5.5 旋翼飞机发动机应考虑的问题113

5.5.1 功率管理113

5.5.2 自适应加速控制和消喘控制114

第6章 控制系统综合116

6.1 概述116

6.2 功率设定117

6.2.1 起飞功率计划117

6.2.2 慢车功率计划119

6.2.3 部分功率120

6.2.4 调整功能和自动调整121

6.3 瞬时计划122

6.3.1 加速计划123

6.3.2 减速计划124

6.4 控制模式124

6.5 发动机附件126

6.5.1 附件的分类126

6.5.2 电子控制器127

6.6 控制器综合实例130

6.6.1 单轴发动机控制器的设计和综合131

6.6.2 双轴发动机控制器的设计和综合136

第7章 先进控制概念141

7.1 多变量控制141

7.1.1 多变量设计主题问题141

7.1.2 频域方法145

7.1.3 时域方法147

7.1.4 多变量控制方法比较148

7.2 主动间隙控制149

7.2.1 ACC建模151

7.2.2 线性控制律设计153

7.3 主动失速和喘振控制155

7.3.1 作动器的挑战155

7.3.2 作动器设计156

7.3.3 作动器模型156

7.3.4 作动器试验结果158

7.4 主动燃烧控制162

7.4.1 作动器设计163

7.4.2 作动器模型163

7.4.3 作动器试验结果165

第8章 发动机监视和健康管理170

8.1 基本概念170

8.1.1 安全性、可靠性和可用性170

8.1.2 异常、故障和失效171

8.1.3 诊断和预测173

8.1.4 维修概念174

8.1.5 保障概念176

8.2 监视系统设计176

8.2.1 系统需求177

8.2.2 系统体系结构177

8.2.3 监视性能178

8.2.4 监视功能178

8.2.5 软件体系结构180

8.2.6 算法180

8.3 监视算法设计181

8.3.1 最小二乘法估计182

8.3.2 卡尔曼滤波器182

8.3.3 概率估计——贝叶斯方法183

8.3.4 混合模型估计184

8.4 根据周期性记录的数据进行趋势监视186

8.4.1 基于数值化方法趋势监视的数例&.186

8.4.2 趋势图和阈值187

8.4.3 基于物理建模来提高精确性189

8.4.4 告警规则191

第9章 综合控制和健康监视194

9.1 综合架构、能力和要求194

9.1.1 综合架构194

9.1.2 经济可承受能力195

9.1.3 对监视系统的要求196

9.2 延长寿命控制198

9.2.1 部件损伤199

9.2.2 控制设计201

9.3 安全保障控制202

9.3.1 重置限制控制203

9.3.2 高增益控制206

9.4 直升机发动机的快速响应控制207

9.4.1 涡轮放气控制模式207

9.4.2 直升机／发动机综合模型208

9.4.3 比例控制律设计211

附录A 自动控制系统基础知识215

A.1 开环控制和闭环控制215

A.2 线性动态系统描述216

A.2.1 控制系统的频域表达218

A.2.2 控制系统的时域表达220

A.3 基本控制律223

A.3.1 比例控制律223

A.3.2 积分控制律223

A.3.3 微分控制律224

A.3.4 比例—积分—微分控制律224

A.4 线性动态系统分析225

A.4.1 状态方程的解225

A.4.2 拉普拉斯变换求解226

A.4.3 可控性和可观性227

A.4.4 性能228

A.4.5 稳定性231

A.5 两种线性控制设计方法234

A.5.1 根轨迹设计方法235

A.5.2 频率响应设计方法236

A.6 非线性动态系统239

A.6.1 非线性系统的性质240

A.6.2 常见的非线性特性241

附录B 燃气涡轮发动机性能与工作特性244

B.1 前言244

B.2 工作包线和标准大气245

B.3 完全理想气体的热力学性能246

B.4 燃气流的总参数249

B.4.1 滞止温度或者总温249

B.4.2 滞止压力或者总压力250

B.4.3 T/Tt和P/Pt是马赫数的函数250

B.4.4 质量流量参数252

B.5 无量纲的修正参数和部件特性253

B.5.1 风扇和压气机特性图254

B.5.2 涡轮特性255

B.6 基本发动机性能模型256

B.6.1 流量的连续性257

B.6.2 涡轮特性258

B.6.3 发动机工作线259

B.6.4 发动机控制和θ转折点260

B.6.5 发动机燃油流量262

B.6.6 发动机转速的变化262

B.6.7 燃气发生器增压特性264

B.6.8 发动机非安装推力和燃油消耗量264

B.6.9 单轴涡喷发动机的基本非线性稳态发动机性能方程266

B.7 工作适用性分析269

B.7.1 压气机工作269

B.7.2 涡轮工作275

B.7.3 主燃烧室工作275

索引277

支撑资料289

译者后记290