【摘要】：高溫風洞多通過燃燒加熱器得到一定總溫、總壓、氧摩爾比的高焓氣體,以開展高超聲速系統(tǒng)的推進、材料、結(jié)構(gòu)等的真實溫度性能試驗�，F(xiàn)階段國內(nèi)各高溫風洞均采用固定馬赫數(shù)試驗?zāi)Ｊ?而發(fā)展變馬赫數(shù)運行能力,能夠顯著提升高溫風洞的試驗成熟度。為實現(xiàn)高溫風洞變馬赫數(shù)運行,必須解決燃燒加熱器變模擬參數(shù)控制問題,使總溫、總壓、氧摩爾比等模擬參數(shù)均能跟蹤預(yù)設(shè)的目標軌跡。由于高溫風洞燃燒加熱器(以下簡稱加熱器)的模擬參數(shù)控制較為復(fù)雜,具有顯著的非線性、多變量耦合、時變時滯等控制特性,目前常用的高溫風洞控制策略難以實現(xiàn)良好的控制性能,因此開展加熱器多變量變參數(shù)控制策略研究顯得十分重要。本文以0.6m高溫高超聲速風洞的加熱器系統(tǒng)為研究對象,針對該系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成與運行特點,合理劃分模塊部件,基于流體力學三大守恒方程建立了加熱器模擬參數(shù)的動態(tài)數(shù)學模型,并進一步基于MATLAB/Simulink圖形化編程語言建立了加熱器系統(tǒng)仿真模型。對該模型設(shè)計了初步仿真實驗,輸出結(jié)果顯示該控制對象具有非線性,且各變量間相互耦合。在0.6m高溫高超聲速風洞上設(shè)計并開展了驗證性試驗,風洞試驗結(jié)果與仿真結(jié)果吻合較好,證明該仿真模型能夠有效模擬加熱器系統(tǒng)的運行控制過程,可以用于加熱器模擬參數(shù)控制策略研究。針對加熱器變參數(shù)控制的特點難點,將模糊預(yù)測控制算法用于加熱器模擬參數(shù)控制。研究了預(yù)測控制方法和T-S模糊模型在線辨識方法,以T-S模糊模型作為廣義預(yù)測控制的預(yù)測模型,實現(xiàn)了模糊預(yù)測控制,并設(shè)計推導(dǎo)了具體算法。針對加熱器系統(tǒng)的輸入約束問題,引入控制量柔化系數(shù)與設(shè)定值柔化系數(shù),簡化了約束條件描述,同時通過動態(tài)性能模糊指標實時調(diào)整柔化系數(shù),提高了優(yōu)化控制效率,并使該控制算法更加可行。仿真結(jié)果顯示,基于T-S模糊模型的預(yù)測控制可以滿足加熱器模擬參數(shù)連續(xù)可變的控制要求,為相關(guān)風洞設(shè)備的建設(shè)提供了有價值的控制策略方案。
【圖文】：

軍事科學院碩士學位論文的馬赫數(shù)變化。高溫變馬赫數(shù)風洞可以實現(xiàn)種參數(shù)的實時變化，能在地面對飛行器及動及空氣流量等來流參數(shù)的動態(tài)模擬，最終可統(tǒng)及其飛行器的全飛行軌跡真實模擬。目前動機整機及部件關(guān)鍵技術(shù)將可在地面試驗設(shè)飛行試驗帶來的研制成本和研制周期。

圖 1.3 系統(tǒng)輸入輸出關(guān)系示意圖0.6m 高溫高超聲速風洞的氣源管道上依次布置有電動截止閥、氣動快速閥、壓力調(diào)節(jié)閥、流量計和文氏管，如圖 1.4 所示。電動截止閥用于關(guān)斷和開啟氣源，氣動快速閥用于氣流的快速開啟和關(guān)閉，流量計用于氣流流量的實時測量；一次試驗中，文氏管的喉道保持不變，，通過壓力調(diào)節(jié)閥將文氏管上游的壓力調(diào)節(jié)并穩(wěn)定在某一固定值，使得注入加熱器系統(tǒng)的各種氣體流量保持不變[5]。本文將研究利用此氣體管道布局，通過壓力調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)壓力來實現(xiàn)氣體流量變化，并最終實現(xiàn)總溫、總壓、氧摩爾比等模擬參數(shù)按照預(yù)定趨勢精確調(diào)節(jié)的控制策略與實施方法。除了上文所述的多變量耦合特性外，可預(yù)見的控制難點還包括：整個系統(tǒng)各部段間均存在不同程度的非線性；調(diào)節(jié)閥執(zhí)行機構(gòu)、管道容腔、燃燒室等均存在時滯性，且由于各氣體介質(zhì)物理性質(zhì)、管道長度直徑等的差異，不同輸入量對應(yīng)不同輸出有不同的時滯，意味著系統(tǒng)具有多時滯性。截止閥 快速閥 調(diào)節(jié)閥 文丘里管P102P103P104P101高壓氣源渦輪流量計P105加熱器圖 1.4 氣體流量控制布局圖
【學位授予單位】：軍事科學院
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：V211.74

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本文編號：2705955