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A review of modeling,simulation,and control technologies of altitude ground test facilities for control application 被引量:1
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作者 Xitong PEI Xi WANG +6 位作者 Jiashuai LIU Meiyin ZHU Zhihong DAN Ai HE Keqiang MIAO Louyue ZHANG Zheng XU 《Chinese Journal of Aeronautics》 SCIE EI CAS CSCD 2023年第9期38-62,共25页
As the pivotal test equipment of aero-engines design,finalization,improvement,modification,etc.,the Altitude Ground Test Facilities(AGTF)plays an important role in the research and development of the aero-engines.With... As the pivotal test equipment of aero-engines design,finalization,improvement,modification,etc.,the Altitude Ground Test Facilities(AGTF)plays an important role in the research and development of the aero-engines.With the rapid development of advanced high-performance aeroengine,the increasing demand of high-altitude simulation test is driving AGTF to improve its test ability and level of automation and intelligence.The modeling method,simulation tool,and control technology are the key factors to support the improvement of the AGTF control system.The main purpose of this paper is to provide an overview of modeling methods,simulation tools,and control technologies in AGTF control system for future research.First,it reviews the evolution of AGTF in the world,from the early formative stage to integration stage.Then,the mathematical modeling method of AGTF for control application is overviewed.Furthermore,the simulation tools used in the AGTF control system are overviewed from numerical simulation to hardware-in-loop simulation and further to semi-physical simulation.Meanwhile,the control technologies used in the AGTF control system are summarized from single-variable control to multivariable integrated control,and from classical control theory to modern control theory.Finally,recommendations for future research are outlined.Therefore,this review article provides extensive literature information for the modeling,simulation,and control design of AGTF for control application. 展开更多
关键词 altitude ground test facilities Control system Modeling and simulation Robust control Temperature and pressure control
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Real-time modular dynamic modeling for compression system of altitude ground test facilities
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作者 Yang SU Xuejiang CHEN +2 位作者 Xin WANG Xiaodong LI Xiaoming LIU 《Chinese Journal of Aeronautics》 SCIE EI CAS CSCD 2023年第5期202-211,共10页
Modeling of a centrifugal compressor is of great significance to surge characteristics and fluid dynamics in the Altitude Ground Test Facilities(AGTF).Real-time Modular Dynamic System Greitzer(MDSG)modeling for dynami... Modeling of a centrifugal compressor is of great significance to surge characteristics and fluid dynamics in the Altitude Ground Test Facilities(AGTF).Real-time Modular Dynamic System Greitzer(MDSG)modeling for dynamic response and simulation of the compression system is introduced.The centrifugal compressor,pipeline network,and valve are divided into pressure output type and mass flow output type for module modeling,and the two types of components alternate when the system is established.The pressure loss and thermodynamics of the system are considered.An air supply compression system of AGTF is modeled and simulated by the MDSG model.The simulation results of mass flow,pressure,and temperature are compared with the experimental results,and the error is less than 5%,which demonstrates the reliability,practicability,and universality of the MDSG model. 展开更多
关键词 altitude ground test facilities(agtf) Compression modeling Dynamic simulation Real-time modelling Modular Dynamic System Greitzer(MDSG)modeling
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高空模拟试车台进气系统负温试验的温度压力耦合特性分析
3
作者 伦岳斌 王宏伦 +3 位作者 钱秋朦 张松 但志宏 李金柏 《燃气涡轮试验与研究》 2024年第1期12-18,共7页
针对高空模拟试车台进气系统负温试验过程中的温度压力耦合难题,利用耦合参与矩阵与线性变参数模型的方法,对系统的耦合特性进行了定量分析与总结。首先,通过耦合参与矩阵对系统线性化后的单个平衡点进行耦合特性分析,并通过仿真对比系... 针对高空模拟试车台进气系统负温试验过程中的温度压力耦合难题,利用耦合参与矩阵与线性变参数模型的方法,对系统的耦合特性进行了定量分析与总结。首先,通过耦合参与矩阵对系统线性化后的单个平衡点进行耦合特性分析,并通过仿真对比系统阶跃响应以验证方法的有效性。其次,在此基础上,利用线性变参数方法对负温试验任务下的耦合特性进行仿真、分析和总结系统的耦合特性,为后续基于耦合分析的控制设计奠定了工程理论基础。 展开更多
关键词 高空模拟试车台 进气系统 负温试验 耦合参与矩阵 线性变参数 耦合特性分析
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高度对航空发动机地面试验性能的影响 被引量:8
4
作者 刘志友 侯敏杰 马前容 《航空动力学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2006年第2期381-385,共5页
本文简要分析了海拔高度对航空发动机地面试验性能的影响和研究该影响的两种方法的优缺点。在此基础上提出了利用高空台压力调控的独特优势,通过不同进口压力对发动机定冲压比性能影响研究来确定其影响的研究方案。某型发动机的试验结... 本文简要分析了海拔高度对航空发动机地面试验性能的影响和研究该影响的两种方法的优缺点。在此基础上提出了利用高空台压力调控的独特优势,通过不同进口压力对发动机定冲压比性能影响研究来确定其影响的研究方案。某型发动机的试验结果表明,在发动机冲压比1.6、风扇换算转速94.5%~96.5%条件下,进口总压在70~90kPa之间得到的发动机换算性能基本一致。这表明环境压力在70kPa以上(海拔高度3km以下)时,对研究的发动机而言已经工作在雷诺数自模区,即环境压力的变化对试验换算性能的影响可以忽略。从而,可以利用海拔高度3km以下的地面试验来确定研究发动机在标准大气海平面静止空气条件下的性能。 展开更多
关键词 航空 航天推进系统 航空发动机 地面试验 发动机推力 海拔高度 高空模拟试验设备
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飞行环境模拟腔积分型μ综合控制 被引量:5
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作者 张松 朱美印 +3 位作者 但志宏 裴希同 王信 王曦 《推进技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第3期660-666,共7页
针对高空台飞行环境模拟腔飞行环境温度、压力的双变量控制问题,采用系统不确定性建模的方法,建立了高空模拟腔、调节阀执行机构的增广被控对象模型,提出了一种高空模拟腔积分型μ综合控制的设计方法,为了确保控制器伺服性能,对温度、... 针对高空台飞行环境模拟腔飞行环境温度、压力的双变量控制问题,采用系统不确定性建模的方法,建立了高空模拟腔、调节阀执行机构的增广被控对象模型,提出了一种高空模拟腔积分型μ综合控制的设计方法,为了确保控制器伺服性能,对温度、压力回路采用不同的性能加权函数,同时对控制器输出幅值进行分频成型加权函数设计,采用D-K迭代算法设计了μ综合控制器,以涡扇发动机的仿真试验为例对算法进行仿真验证。仿真结果表明,高空模拟腔温度仿真的最大偏差为1K,压力的相对误差在3%以内。 展开更多
关键词 高空台 高空模拟腔 温压双变量控制 综合控制 迭代算法
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高空台进气控制系统压力PI增益调度控制研究 被引量:17
6
作者 朱美印 王曦 +5 位作者 但志宏 张松 裴希同 钱秋朦 缪柯强 姜震 《推进技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第4期902-910,共9页
针对高空台进气控制系统压力在整个工作范围内的精确控制问题,提出了一种基于高空台进气系统压力的PI增益调度控制设计方法,基于管道热流动力学理论提出了一种变比热的管道容腔建模方法,相对于定比热建模方法能够减少建模存在的不确定... 针对高空台进气控制系统压力在整个工作范围内的精确控制问题,提出了一种基于高空台进气系统压力的PI增益调度控制设计方法,基于管道热流动力学理论提出了一种变比热的管道容腔建模方法,相对于定比热建模方法能够减少建模存在的不确定性问题。在考虑变比热的管道容腔、调节阀流量特性、液压伺服动态、传感器增益等对进气系统造成的建模不确定性的基础上,建立了完整、准确的高空台进气系统模型;在进气系统工作范围内采用24个稳态点小偏差范围内设计的最优PI控制器作为大范围过渡态工作的基底进行控制增益调度。数字仿真表明,采用这一方法一致性好,性能明显地优于传统PI控制方法;半物理仿真进一步验证了本文提出设计方法的有效性,稳态误差不大于0.1%。 展开更多
关键词 高空模拟试验台 进气控制系统 变比热容腔模型 增益调度 半物理仿真
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基于LMI极点配置的高空台飞行环境模拟系统PI增益调度控制研究 被引量:9
7
作者 朱美印 王曦 +4 位作者 张松 但志宏 裴希同 缪柯强 姜震 《推进技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第11期2587-2597,共11页
针对高空台飞行环境模拟系统的温度和压力在整个工作包线内的鲁棒性能控制问题,提出了一种基于LMI极点配置的PI增益调度控制设计方法。在考虑变比热容腔微分方程、管道热传导、调节阀流量特性、液压伺服动态、传感器增益对飞行环境模拟... 针对高空台飞行环境模拟系统的温度和压力在整个工作包线内的鲁棒性能控制问题,提出了一种基于LMI极点配置的PI增益调度控制设计方法。在考虑变比热容腔微分方程、管道热传导、调节阀流量特性、液压伺服动态、传感器增益对飞行环境模拟系统造成的建模不确定性的基础上,建立了完整、准确的飞行环境模拟系统非线性模型;对非线性模型进行了线性化,并根据线性模型推导了基于LMI极点配置的PI控制器设计算法;在飞行环境模拟系统的工作包线内选取了36个稳态点设计了基于LMI极点配置的PI增益调度控制器;设计了两种飞行环境模拟试验来验证设计的PI增益调度控制器的鲁棒性能。仿真结果表明,飞行环境模拟系统温度的稳态误差和动态误差均小于0.1%,压力的稳态误差小于0.5%,动态误差小于0.7%。 展开更多
关键词 高空模拟试验台 飞行环境模拟系统 LMI 极点配置 PI增益调度控制
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高空台飞行环境模拟系统温度延时不确定性μ综合设计 被引量:4
8
作者 朱美印 王曦 +5 位作者 裴希同 张松 但志宏 刘佳帅 缪柯强 姜震 《推进技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第8期1861-1870,共10页
针对高空台飞行环境模拟系统温度大延时特性的控制问题,提出了一种考虑温度延时不确定性的两自由度μ综合控制设计方法以提升其温度的控制精度。在考虑变比热容腔微分方程、管壁传热、调节阀流量特性、液压伺服动态、传感器增益以及温... 针对高空台飞行环境模拟系统温度大延时特性的控制问题,提出了一种考虑温度延时不确定性的两自由度μ综合控制设计方法以提升其温度的控制精度。在考虑变比热容腔微分方程、管壁传热、调节阀流量特性、液压伺服动态、传感器增益以及温度延迟对飞行环境模拟系统造成的建模不确定性的基础上,建立了完整、准确的非线性延时模型。在考虑执行机构参数、温度延时不确定性的基础上,提出了两自由度的μ综合控制设计方法。为了确保设计的控制器具有良好鲁棒伺服跟踪性能,基于分频设计的思想设计性能加权函数和控制量加权函数,并运用D-K迭代算法设计控制器。假定了包含"等马赫数爬升"和"平飞加速"的试验过程来验证μ综合控制器的伺服跟踪性能,仿真结果表明,飞行环境模拟系统温度和压力的稳态和动态误差分别均不大于1.5%和3%。 展开更多
关键词 高空模拟试验台 飞行环境模拟系统 温度延时 鲁棒控制 两自由度μ综合控制
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A numerical optimization of high altitude testing facility for wind tunnel experiments 被引量:9
9
作者 J.Bruce Ralphin Rose G.R.Jinu C.J.Brindha 《Chinese Journal of Aeronautics》 SCIE EI CAS CSCD 2015年第3期636-648,共13页
Abstract High altitude test facilities are required to test the high area ratio nozzles operating at the upper stages of rocket in the nozzle full flow conditions. It is typically achieved by creating the ambient pres... Abstract High altitude test facilities are required to test the high area ratio nozzles operating at the upper stages of rocket in the nozzle full flow conditions. It is typically achieved by creating the ambient pressure equal or less than the nozzle exit pressure. On average, air/GN2 is used as active gas for ejector system that is stored in the high pressure cylinders. The wind tunnel facilities are used for conducting aerodynamic simulation experiments at/under various flow velocities and operating conditions. However, constructing both of these facilities require more laboratory space and expensive instruments. Because of this demerit, a novel scheme is implemented for conducting wind tunnel experiments by using the existing infrastructure available in the high altitude testing (HAT) facility. This article presents the details about the methods implemented for suitably modifying the sub-scale HAT facility to conduct wind tunnel experiments. Hence, the design of nozzle for required area ratio A/A*, realization of test section and the optimized configuration are focused in the present analysis. Specific insights into various rocket models including high thrust cryogenic engines and their holding mechanisms to conduct wind tunnel experiments in the HAT facility are analyzed. A detailed CFD analysis is done to propose this conversion without affecting the existing functional requirements of the HAT facility. 展开更多
关键词 CFD Enclosed free-jet section ground testing High altitude testing (HAT)facility OPTIMIZATION
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飞行环境模拟系统多容腔流-固传热建模 被引量:2
10
作者 朱美印 王曦 +5 位作者 裴希同 张松 但志宏 缪柯强 刘佳帅 姜震 《推进技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第12期2848-2859,共12页
为了提升高空台飞行环境模拟系统(FESS)数值仿真平台的置信度,提出了一种多容腔流-固传热的建模方法,该方法考虑了混合器气流掺混、流-固传热、管道压力损失等因素的影响;建立了包括调节阀流量特性、液压伺服系统、混合器、混合器出口... 为了提升高空台飞行环境模拟系统(FESS)数值仿真平台的置信度,提出了一种多容腔流-固传热的建模方法,该方法考虑了混合器气流掺混、流-固传热、管道压力损失等因素的影响;建立了包括调节阀流量特性、液压伺服系统、混合器、混合器出口导流栅流量特性、整流子系统、管道容腔模型在内的部件模型库,并基于该模型库构建了仿真平台。为了验证本文建模方法的有效性,采用两次掺混试验数据对仿真模型进行对比验证表明,仿真结果与试验测量结果动态变化趋势基本一致,且温度、压力的最大误差分别不大于2.5K,2kPa。为了分析FESS控制系统的能力,假定了一次典型的发动机试验条件来进行仿真分析,仿真结果表明,FESS控制系统具备进行发动机平飞加速和等马赫数爬升试验的能力。 展开更多
关键词 高空模拟试验台 飞行环境模拟系统 多容腔建模 流-固传热 数值仿真
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变负载流量调节阀电液伺服作动系统研究 被引量:1
11
作者 姜震 王曦 +3 位作者 朱美印 裴希同 张松 但志宏 《燃气涡轮试验与研究》 北大核心 2019年第5期40-46,共7页
针对高空台上流量调节阀在全包线飞行环境模拟过程中,因气动负载变化大而存在难以快速调节以伺服跟踪位置指令这一问题,提出一种考虑负载变化作用下电液作动机构的建模方法。对使用该方法建立的模型从两个方面进行仿真验证:首先将建立... 针对高空台上流量调节阀在全包线飞行环境模拟过程中,因气动负载变化大而存在难以快速调节以伺服跟踪位置指令这一问题,提出一种考虑负载变化作用下电液作动机构的建模方法。对使用该方法建立的模型从两个方面进行仿真验证:首先将建立的变负载电液作动机构AMESim开环模型仿真结果与真实试验数据对比,两者相对误差不大于1.78%,验证了模型的准确性;其次在阀前、阀后气动压力干扰变化情况下进行闭环仿真,斜坡响应相对误差不大于1.26%,正弦响应相对误差不大于1.40%,验证了系统的伺服跟踪性能和抗干扰性能。 展开更多
关键词 高空模拟试验台(高空台) 流量调节阀 变负载特性 电液伺服作动系统 传递函数 流量增益
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Two freedom linear parameter varying μ synthesis control for flight environment testbed 被引量:7
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作者 Meiyin ZHU Xi WANG +2 位作者 Zhihong DAN Song ZHANG Xitong PEI 《Chinese Journal of Aeronautics》 SCIE EI CAS CSCD 2019年第5期1204-1214,共11页
To solve the problem of robust servo performance of Flight Environment Testbed(FET)of Altitude Ground Test Facilities(AGTF) over the whole operational envelope, a two-degree-offreedom μ synthesis method based on Line... To solve the problem of robust servo performance of Flight Environment Testbed(FET)of Altitude Ground Test Facilities(AGTF) over the whole operational envelope, a two-degree-offreedom μ synthesis method based on Linear Parameter Varying(LPV) schematic is proposed, and meanwhile a new structure frame of μ synthesis control on two degrees of freedom with double integral and weighting functions is presented, which constitutes a core support part of the paper. Aimed at the problem of reference command's rapid change, one freedom feed forward is adopted, while another freedom output feedback is used to meet good servo tracking as well as disturbance and noise rejection; furthermore, to overcome the overshoot problem and acquire dynamic tuning,the integral is introduced in inner loop, and another integral controller is used in outer loop in order to guarantee steady errors; additionally, two performance weighting functions are designed to achieve robust specialty and control energy limit considering the uncertainties in system. As the schedule parameters change over large flight envelope, the stability of closed-loop LPV system is proved using Lyapunov inequalities. The simulation results show that the relative tracking errors of temperature and pressure are less than 0.5% with LPV μ synthesis controller. Meanwhile, compared with non-LPV μ synthesis controller in large uncertainty range, the proposed approach in this research can ensure robust servo performance of FET over the whole operational envelope. 展开更多
关键词 altitude ground test facilities Flight environment testBED Linear parameter VARYING Robust CONTROL TWO-DEGREE-OF-FREEDOM μ Synthesis
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高空台飞行环境模拟腔μ综合控制设计 被引量:15
13
作者 朱美印 张松 +3 位作者 但志宏 裴希同 王信 王曦 《航空动力学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2017年第12期3039-3048,共10页
针对航空发动机在高空台(AGTF)试验中高空飞行环境模拟腔(FESV)控制问题以及建模过程中产生的未建模动态不确定性问题,提出了一种μ综合控制结构方案,同时对于截止频率相差近几百倍的温度回路和压力回路的大差异特性,提出了采用同一加... 针对航空发动机在高空台(AGTF)试验中高空飞行环境模拟腔(FESV)控制问题以及建模过程中产生的未建模动态不确定性问题,提出了一种μ综合控制结构方案,同时对于截止频率相差近几百倍的温度回路和压力回路的大差异特性,提出了采用同一加权灵敏度函数的处理方法,获得了模拟腔控制的期望效果;采用D-K迭代算法设计了μ综合控制器,为解决因系统矩阵不满秩带来的温度、压力同时控制的问题提供了一种设计方法和思路,不同的飞行轨迹仿真验证结果表明:μ综合控制器对于飞行环境模拟腔温度和压力的控制效果一致性良好,动态误差不大于0.9%,稳态误差不大于0.5%,因此设计的μ综合控制系统具有伺服跟踪性能和鲁棒性能。 展开更多
关键词 高空台 飞行进气条件 模拟腔控制 μ综合设计 D-K迭代算法
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高空台进排气模拟仿真系统设计与应用 被引量:2
14
作者 裴希同 张楼悦 +3 位作者 王曦 刘佳帅 钱秋朦 朱美印 《航空动力学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第10期2074-2089,共16页
基于国内某高空台进排气系统的结构与试验特性开展了相关设备的动态特性建模、仿真系统设计以及应用研究。针对管道、调节阀、节流部件、液压控制系统和模拟发动机流量的拉瓦尔喷管等关键试验设备进行了数学建模,得到了相应的模型库;根... 基于国内某高空台进排气系统的结构与试验特性开展了相关设备的动态特性建模、仿真系统设计以及应用研究。针对管道、调节阀、节流部件、液压控制系统和模拟发动机流量的拉瓦尔喷管等关键试验设备进行了数学建模,得到了相应的模型库;根据高空台进排气结构设计了全数字仿真系统和半物理仿真系统,并通过与实际试验数据的对比证明了仿真系统的有效性。根据仿真验证结果以及仿真系统应用分析可以得出:利用仿真系统计算的发动机进气温度和压力与试验数据相比动态变化趋势一致,温度的最大相对误差不大于0.5%,压力的最大相对误差不大于3%;基于高空台试验设备模型和仿真系统开发的控制方法使得压力调节时间缩短为原来的1/3,有效提升了过渡态调节性能。 展开更多
关键词 高空台 特性建模 仿真系统 飞行环境模拟 控制方法
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Modified robust optimal adaptive control for flight environment simulation system with heat transfer uncertainty 被引量:2
15
作者 Meiyin ZHU Xi WANG +7 位作者 Xitong PEI Song ZHANG Zhihong DAN Nannan GU Shubo YANG Keqiang MIAO Huairong CHEN Jiashuai LIU 《Chinese Journal of Aeronautics》 SCIE EI CAS CSCD 2021年第2期420-431,共12页
To solve the rapid transient control problem of Flight Environment Simulation System(FESS) of Altitude Ground Test Facilities(AGTF) with large heat transfer uncertainty and disturbance, a new adaptive control structur... To solve the rapid transient control problem of Flight Environment Simulation System(FESS) of Altitude Ground Test Facilities(AGTF) with large heat transfer uncertainty and disturbance, a new adaptive control structure of modified robust optimal adaptive control is presented.The mathematic modeling of FESS is given and the influence of heat transfer is analyzed through energy view. To consider the influence of heat transfer in controller design, we introduce a matched uncertainty that represents heat transfer influence in the linearized system of FESS. Based on this linear system, we deduce the design of modified robust optimal adaptive control law in a general way. Meanwhile, the robust stability of the modified robust optimal adaptive control law is proved through using Lyapunov stability theory. Then, a typical aero-engine test condition with Mach Dash and Zoom-Climb is used to verify the effectiveness of the devised adaptive controller. The simulation results show that the designed controller has servo tracking and disturbance rejection performance under heat transfer uncertainty and disturbance;the relative steady-state and dynamic errors of pressure and temperature are both smaller than 1% and 0.2% respectively. Furthermore,the influence of the modification parameter c is analyzed through simulation. Finally, comparing with the standard ideal model reference adaptive controller, the modified robust optimal adaptive controller obviously provides better control performance than the ideal model reference adaptive controller does. 展开更多
关键词 altitude ground test facilities Flight environment simulation system Heat transfer Model reference adaptive control Optimal control modification UNCERTAINTY
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