在超燃冲压发动机控制研究中，首次提出了一种新的非线性突变控制问题。突变问题的存在使得发动机面临易受冲击失稳、路径滞后和需构造可达控制路径等新型控制问题。 本文采用机理建模、数值模拟和试验研究结合的方法，提出了超燃冲压发动机突变建模方法，从拓扑学理论、非线性理论和人工智能理论等角度处理突变建模问题。提出了燃烧模态转换控制和多模型（多回路）切换控制相结合的突变控制方法并开展了相关控制方法的试验验证。形成了集建模与控制一体的非线性突变控制研究方法，可为航空发动机领域同类问题（如喘振控制、传热恶化控制等）的研究提供借鉴。 2100433B

针对超燃冲压发动机面临的非线性突变控制问题，拟开展超燃冲压发动机非线性突变建模和控制研究，采用非线性突变机理建模和机器学习建模结合的方法进行超燃冲压发动机高维突变建模研究，采用切换控制和突变模式转换控制结合方法进行超燃冲压发动机突变控制方法研究。以期形成一套包含建模、控制的非线性突变控制问题研究方法。所形成的方法可为航空发动机领域同类问题(如喘振控制、传热恶化控制等)的研究提供借鉴。

书号 978-7-118-11639-7

作者 于达仁等

出版时间 2019年3月

译者

版次 1版1次

开本 16

装帧 平装

出版基金

页数 280

字数 350

中图分类 V235.21

丛书名 高超声速科学与技术丛书

定价 128.00

内容简介

本书以超燃冲压发动机为研究对象，从发动机基本控制问题出发并结合已有飞行试验经验给出了一种超燃冲压发动机基本控制方案，讨论了发动机控制模型维数和反馈变量选择原则并介绍了发动机推力闭环控制系统设计方法，探讨了超燃冲压发动机燃烧模态转换特性及其转换控制方法，介绍了高超声速进气道起动/ 不起动监测方法及其稳定裕度控制方法，同时给出了超燃冲压发动机推力调节/ 进气道保护切换控制方法，研究了超燃冲压发动机燃烧室释热分布最优控制问题，最后从飞/推一体化视角介绍了高超声速飞行器轨道优化问题。

目录

常用符号表

第1章 绪论

1．1 双模态超燃冲压发动机的典型飞行试验

1．2 双模态超燃冲压发动机控制研究现状分析

1．2．1 飞行试验中发动机控制现状分析

1．2．2 进气道不起动监测及保护控制现状分析

1．2．3 燃烧模态转换控制现状分析

1．2．4 吸气式飞/推系统轨迹优化研究现状分析

1．3 双模态超燃冲压发动机推力控制问题分析

1．4 双模态超燃冲压发动机不起动监测与控制问题

1．4．1 高超声速进气道不起动监测

1．4．2 高超声速进气道不起动保护控制

1．5 双模态超燃冲压发动机燃烧模态转换控制问题

1．5．1 燃烧模态转换特性

1．5．2 燃烧模态转换控制

1．6 冲压发动机飞/推系统设计与控制面临的主要问题

1．6．1 考虑飞/推系统强耦合特性的最优轨迹问题

1．6．2 复杂热力系统多变量多约束最优控制问题

1．7 小结

参考文献

第2章 双模态超燃冲压发动机工作原理

2．1 双模态超燃冲压发动机的流动特点与模态定义

2．2 双模态超燃冲压发动机热力循环及性能指标

2．2．1 发动机的热力循环过程

2．2．2 发动机的能量转换过程

2．2．3 性能指标

2．3 双模态超燃冲压发动机进气道

2．3．1 进气道性能参数

2．3．2 进气道典型工作状态

2．3．3 进气道起动/不起动

2．4 双模态超燃冲压发动机燃烧室

2．4．1 若干基本概念

2．4．2 燃烧室性能分析方法

2．5 双模态超燃冲压发动机尾喷管

2．6 双模态超燃冲压发动机工作过程的特殊性

2．6．1 强分布参数特性

2．6．2 多模态优化选择

2．7 小结

参考文献

第3章 双模态超燃冲压发动机控制问题分析和控制方案

3．1 双模态超燃冲压发动机控制问题分析

3．1．1 推力回路控制问题分析

3．1．2 进气道不起动保护控制问题分析

3．1．3 超温保护控制问题分析

3．1．4 燃烧室贫/富油熄火限制

3．2 双模态超燃冲压发动机控制方案

3．2．1 美国X-51A控制方案分析

3．2．2 推力调节/安全保护切换控制方案提出

3．2．3 控制回路组成及分析

3．3 小结

参考文献

第4章 双模态超燃冲压发动机控制模型

4．1 双模态超燃冲压发动机稳态数学模型

4．1．1 数学模型的维数选择

4．1．2 发动机一维模型

4．2 双模态超燃冲压发动机控制模型时间尺度分析

4．3 双模态超燃冲压发动机被控变量选择

4．3．1 燃烧室最大压比

4．3．2 燃烧室壁面压力积分

4．4 小结

参考文献

第5章 双模态超燃冲压发动机推力闭环控制方法

5．1 双模态超燃冲压发动机推力表征

5．1．1 地面直连式试验条件下的推力定义

5．1．2 推力增量与压力积分的定义

5．1．3 基于燃烧室壁面压力积分的推力增量表征

5．2 双模态超燃冲压发动机推力闭环控制系统设计

5．2．1 控制对象特性分析及建模

5．2．2 控制性能要求分析与控制器设计

5．3 控制系统鲁棒性能分析

5．3．1 增益摄动时的鲁棒性

5．3．2 动态摄动时的鲁棒性

5．4 推力闭环控制地面试验验证

5．5 小结

参考文献

第6章 双模态超燃冲压发动机燃烧模态转换及其控制

6．1 燃烧模态转换马赫数的选择准则

6．1．1 宽马赫数范围发动机性能分析

6．1．2 最大推力需求下的燃烧模态转换马赫数选择

6．1．3 最大比冲需求下的燃烧模态转换马赫数选择

6．2 燃烧模态转换边界及其影响因素分析

6．2．1 燃烧模态转换边界空间描述

6．2．2 模态转换边界影响因素分析

6．3 燃烧模态转换中的突变与滞环问题

6．4 燃烧模态转换过程分析

6．4．1 转换路径的影响

6．4．2 突变特性的影响

6．4．3 滞环特性的影响

6．5 双模态超燃冲压发动机燃烧模态转换控制

6．5．1 燃烧模态表征与监测

6．5．2 燃烧模态转换控制基本方案

6．5．3 控制方案仿真

6．6 小结

参考文献

第7章 高超声速进气道不起动监测方法研究

7．1 进气道起动/不起动模式分类数据准备

7．1．1 进气道物理模型

7．1．2 进气道不起动数据组成及分析

7．2 基于支持向量机的高超声速进气道起动/不起动模式分类

7．2．1 支持向量机的基本理论和方法

7．2．2 基于支持向量机的特征选择算法

7．2．3 基于支持向量机的进气道起动/不起动特征选择

7．2．4 进气道起动/不起动分类结果及验证分析

7．2．5 分类方法的对比分析

7．3 基于FLD分析的进气道起动/不起动最优分类准则研究

7．3．1 FLD相关的基本知识

7．3．2 进气道起动/不起动最优分类准则

7．3．3 分类准则的物理意义

7．3．4 分类准则中隔离带的作用

7．4 多传感器融合的进气道起动/不起动分类方法研究

7．4．1 概率输出支持向量机

7．4．2 多传感器分组和融合

7．4．3 多传感器融合结果分析

7．5 小结

参考文献

第8章 高超声速进气道不起动边界及稳定裕度控制

8．1 高超声速进气道不起动边界的无量纲分析

8．1．1 进气道前体压缩压比的无量纲表示

8．1．2 隔离段压比的无量纲表示

8．1．3 进气道压缩压比的无量纲表示

8．2 高超声速进气道稳定裕度控制方法研究

8．2．1 高超声速进气道稳定裕度的表示方法

8．2．2 高超声速进气道不起动控制策略分析

8．2．3 高超声速进气道等裕度增益调度控制

8．3 进气道稳定裕度控制闭环仿真验证

8．4 小结

参考文献

第9章 双模态超燃冲压发动机推力调节/进气道保护切换控制

9．1 基于Min规则的发动机推力调节/进气道保护切换控制方法

9．1．1 切换逻辑及切换规则

9．1．2 控制器积分上限参数对切换过程的影响分析

9．1．3 基于Min规则发动机推力调节/进气道保护切换控制地面试验验证

9．2 基于积分重置的发动机推力调节/进气道保护无扰切换控制

9．2．1 切换逻辑及切换规则

9．2．2 切换逻辑半实物仿真及参数给定分析

9．2．3 发动机推力调节/进气道保护切换控制地面试验验证

9．3 双模态超燃冲压发动机两点燃油分配方案

9．3．1 两点燃油喷射下的发动机特性仿真分析

9．3．2 两点燃油喷射下的发动机地面试验结果分析

9．3．3 双模态超燃冲压发动机两点燃油分配方案评估

9．4 考虑两点燃油喷射的发动机推力调节/进气道安全保护控制

9．4．1 双模态超燃冲压发动机特性分析及建模

9．4．2 双回路控制系统设计

9．4．3 控制系统数值仿真验证

9．4．4 控制系统地面试验验证

9．5 小结

参考文献

第10章 超声速燃烧室释热分布最优控制

10．1 超声速燃烧释热最优控制问题与求解方法

10．1．1 理想超声速燃烧释热最优控制问题

10．1．2 间接法求解释热规律最优控制问题

10．2 扩张型燃烧室的超声速燃烧释热最优控制

10．3 超声速燃烧最优释热规律特性分析

10．4 内型线与释热分布耦合最优控制

10．5 小结

参考文献

第11章 吸气式高超声速飞行器的轨道优化问题

11．1 考虑发动机推进机理的飞/推系统最优轨迹问题

11．1．1 面向轨迹优化控制的飞/推系统建模方法

11．1．2 飞/推系统加速段轨迹最优控制问题的一般形式

11．2 求解轨迹最优控制问题的一般方法

11．2．1 间接法求解轨迹最优控制问题

11．2．2 直接法求解轨迹最优控制问题

11．2．3 间接法与直接法的等效关系

11．3 冲压发动机推进的飞/推系统加速段最小油耗轨迹

11．4 飞/推系统起飞质量对最小油耗轨迹的影响

11．5 飞/推系统性能指标对最优轨迹的影响

11．5．1 最小油耗轨迹与最小时间轨迹

11．5．2 飞/推系统最优轨迹实时效率分析

11．6 飞/推系统发动机性能对最优轨迹的影响

11．6．1 尾喷管喉道可控对最优轨迹的影响

11．6．2 基于超声速燃烧推进的轨迹优化问题

11．7 飞/推系统约束对最优轨迹的影响

11．7．1 超温约束与不起动约束对最优轨迹的影响

11．7．2 等动压约束对最优加速轨迹的影响

11．8 小结

参考文献 2100433B

结构突变主要分为三种类型:突变点已知，突变点未知以及结构突变发生在某一区间时的单位根检验。Stephen(1998)详细分析原假设存在单位根的条件下对具有结构变化的单位根过程产生伪拒绝的概率及其检验统计量。这些研究基于假设结构突变发生为已知或未知时，且结构突变一旦发生就不会再返回到未发生变化时的状态。但是如果结构变化发生的数据轨迹是在某一区间，数据轨迹会显著上升或者降低，然后数据可能会回复到原有轨迹。Stephen进一步研究表明在结构变化发生在某个区间时，DF检验在原假设下具有确定的极限。并且，对于存在结构变化的时间序列的单位根检验，DF统计量不会因为样本容量的扩大而发散。王少平等对结构变化的存在对单位根检验的影响进行了仿真实验，结果表明，当结构变化明显且持续时间占样本长度的1/4左右时，DF检验具有较高的检验势。但是当结构变化持续时间相对较长时，比如达到1/2，这种结构变化对DF检验会产生重要的影响，并会显著降低检验势。另外，如果结构变化区间长，但强度较弱时，DF检验仍可以以70%的概率保证检验结论的正确性。

关于结构突变理论的应用还不是非常广泛。皮荣Perron(1989)将大萧条（1929年）和石油危机（1973年）做为对美国经济序列的冲击，认为大萧条使得经济水平降低（均值突变），而石油危机使得增长率降低（斜率突变），并运用这种假设突变时点已知的方法检验了Nelson & Plosser(1982)中的14个单位根过程，认为其中有11个为结构突变的趋势稳定。然而，Zivot & Andrews(1992)通过内生化结构突变点的检验方法，认为Perron的结论部分不正确。Tony Caporale等（2000）检验了1961.1-1986.3的美国实际利率与政府换届之间的关系，发现利率发生结构突变的时间与总统换届的时间相吻合，而与更换美联储主席的时间不一致。Hungnes（2004）利用VAR模型中的结构突变方法，检验了德国统一前后货币需求、真实GNP、利率、通货膨胀等变量，发现在统一货币（1990年7月）后，变量都有结构突变。王少平（2003）检验了1976－2000年中国人民币汇率的稳定性，结果表明人民币汇率服从结构突变的单位根过程，两个突变点——1989年和1993年——都是由于人民币自身的币值对汇率的调整所致，并且汇率在亚洲金融危机之后没有出现结构突变，保持了稳定。佟孟华等（2004）检验了1996年1月到2003年5月的中国上证指数，结果表明上证指数是结构突变的趋势平稳过程。 2100433B