автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.01, диссертация на тему:Синтез цифровых нелинейных оптимальных многофункциональных многосвязных систем управления ГТД в реальном времени

Уфимский государственный авиационный технический университет

На правах рукописи

ЛЯНЦЕВ Олег Дмитриевич

СИНТЕЗ ЦИФРОВЫХ НЕЛИНЕЙНЫХ ОПТИМАЛЬНЫХ

МНОГОФУНКЦИОНАЛЬНЫХ МНОГОСВЯЗНЫХ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ ГТД В РЕАЛЬНОМ ВРЕМЕНИ

Специальность:

05.13.01 - Системный анализ, управление и обработка информации

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Уфа 2004

Работа выполнена на кафедре автоматизированных систем управления в Уфимском государственном авиационном техническом университете

Официальные оппоненты д-р техн. наук

Добрянский Георгий Викторович

д-р техн. наук, проф. Крымский Виктор Григорьевич

д-р техн. наук, проф. Суханов Виктор Миньонович

Ведущая организация Центральный институт авиационного

моторостроения им. П.И. Баранова, г. Москва

Защита диссертации состоится «_»_2004 г.

в_часов на заседании диссертационного совета Д 212.288.03

Уфимского государственного авиационного технического университета по адресу: 450000, г. Уфа, ул. К. Маркса, 12, УГАТУ

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке университета Автореферат разослан «_»_2004 г.

Ученый секретарь

диссертационного со /(/// ( I . Миронов

д-р техн. наук, проф. / )

- V ffeff

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. В настоящее время требования научно-технического прогресса выдвигают на первый план создание систем управления, оптимально использующих на каждом режиме своего функционирования все имеющиеся ресурсы - энергетические, информационные, вычислительные и другие для достижения главной для этого режима цели при наличии множества ограничений.

В полной мере это относится и к созданию систем управления для авиационных силовых установок, для которых в той или иной степени такие задачи решаются на стадии проектирования и для стадии наладки и эксплуатации выдаются готовые программные задающие воздействия, рассчитанные по теоретической модели объекта управления. Поскольку проектировщики почти никогда не располагают информацией достаточной для оптимальных решений во всех ситуациях, которые могут иметь место в эксплуатации, то подлинная оптимизация возможна только в процессе функционирования системы, так как учитывает текущую обстановку и возникшую ситуацию. Поэтому оптимизация в "большом", по глобальным критериям, осуществляемая в реальном времени в процессе управления является центральной проблемой теории управления ГТД.

Современные методы и опыт построения систем управления ГТД берут свое начало в работах ученых таких ведущих научных школ как ЦИАМ (Шевяков А.А., Сиротин С.А., Мартьянова Т.С., Гуревич О.С., Добрянский Г.В.), ИЛУ (Рутков-ский В.Ю., Землянов С.Д., Суханов В.М.), МАИ (Черкасов Б.А., Колпакова Н.П.), ХАИ (Епифанов СВ.,) УГАТУ (Гусев Ю.М., Ильясов Б.Г., Васильев В.И., Куликов Г.Г., Кабальное Ю.С., Ефанов В.Н., Крымский В.Г.), ППУ (Августинович В.Г.), ЛИИ (Дедеш В.Т.) и многих других. В то же время многие аспекты синтеза САУ ГТД в реальном времени остаются недостаточно исследованными.

Авиационный газотурбинный двигатель, как объект управления, имеет ряд особенностей, которые определяют требования к управляющей части системы регулирования. Он представляет собой нелинейный нестационарный многомерный и многосвязный объект, поэтому для эффективного управления им необходимо использовать нелинейное оптимальное многосвязное управление, причем в алгоритме управления нелинейная модель двигателя и ограничения на скорость движения исполнительных органов и величину управляющих воздействий должны присутствовать в явном виде. Без этого невозможно обеспечить предельные значения некоторых двигательных и эксплуатационных параметров (время переходных процессов, удельный расход топлива, ресурс и т.д.) и максимально использовать свойства двигателя.

При этом общая задача оптимизации управления статическими и переходными режимами двигателя может рассматриваться как состоящая из задачи определения оптимальных программ управления и задачи их оптимальной реализации. Так как характеристики двигателей существенно различаются в пределах одной серии, а также меняются в эксплуатации, необходимо решать задачу оптимизации управления в реальном масштабе" времени.

Другая особенность ГТД, как объекта управления, оказывающая влияние на формирование облика системы управления, его

работы двигателя (взлетный, номинальный, силовой посадки и т.д.) характеризуется своей целью управления. Режимы работы ГТД меняются в ходе его эксплуатации и соответственно меняются цели управления. Формализовать эти цели в рамках единого постулируемого критерия оптимальности типа функционала обобщенной работы не представляется возможным из-за нерешенной проблемы выбора весовых коэффициентов подобных критериев в нелинейных системах. Для эффективного управления авиационным двигателем необходимо, чтобы структура и параметры критерия оптимальности наиболее адекватно отражали текущую цель управления. Изложенное обстоятельство приводит к необходимости формализовать меняющиеся во времени цели управления в виде критериев оптимальности, определять их структуру и параметры непосредственно в процессе функционирования системы. Целесообразно формировать критерии оптимальности в виде квадратичных целевых функций, что дает возможность в рамках единого подхода синтезировать системы управления оптимальные по различным "глоб&тьным" критериям, а не только по точности управления.

Таким образом, решение центральной проблемы теории управления ГТД можно осуществить на пути системной инте! рации методов формирования критериев оптимальности в реальном времени и методов решения в реальном времени сформированных оптимизационных задач.

Возможность создания таких методов объясняется тем, что в математическом плане практически любую задачу, стоящую перед системой управления можно сформулировать как задачу определения экстремума функции многих переменных и использовать для ее решения численные методы, как наиболее универсальный математический аппарат.

Предлагаемый подход позволит с единых позиций решать задачи синтеза различных типов цифровых систем управления ГТД - линейных, нелинейных, экстремальных, многосвязных, оптимальных по различным критериям, интегральных и т.д., используя нелинейную модель двигателя, а также ограничения на величину управляющих воздействий и скорость движения исполнительных органов непосредственно в алгоритме управления. В практическом плане это поможет преодолеть присущую практической теории управления ГТД фрагментарность, когда различные классы регуляторов проектируются на основе своих научных подходов с характерным только для них математическим аппаратом, избежать автономного синтеза и анализа каждого канала регулирования, составляющего управляющую часть системы, что увеличивает сроки проектирования и вынуждает дополнительно изучать вопросы взаимодействия регуляторов в многофункциональных и в многосвязных системах.

Следовательно, решение проблемы повышения эффективности процессов управления ГТД на основе применения новых методов синтеза в реальном времени нелинейных многофункциональных многосвязных САУ (ММСАУ), оптимальных по глобальным критериям и с учетом реальных характеристик объекта управления позволяет повысить эффективность и качество управления, увеличить ресурс и экономичность силовых установок за счет совершенствования САУ, проектируемых на базе полученных методов, уменьшить сроки и затраты на проектирование, что имеет важное народно-хозяйственное значение и является актуальным для

Цель и задачи исследования

Целью диссертационной работы является разработка теоретических и методологических основ синтеза цифровых нелинейных оптимальных ММСАУ ГТД на основе формирования и решения задач оптимизации в реальном времени.

Для достижения указанной цели в работе поставлены и решены следующие задачи.

1. Разработка концепции синтеза в реальном времени нелинейных многофункциональных многосвязных оптимальных систем управления ГТД, обеспечивающих качественное и эффективное управление авиационными двигателями на переходных и статических режимах.

2. Разработка метода синтеза в реальном времени цифровых нелинейных многофункциональных многосвязных управлений переходными режимами и режимами стабилизации ГТД, оптимальных по быстродействию в классе систем с монотонными переходными процессами.

3. Разработка метода синтеза нелинейных многосвязных систем управления ТРДЦ, осуществляющих в реальном времени оптимизацию закона управления по критерию минимального удельного расхода топлива с учетом индивидуальных характеристик двигателя и косвенным измерением тяги.

4. Разработка метода синтеза нелинейных многосвязных систем управления ТВВД, осуществляющих в реальном времени оптимизацию программ управления по критерию минимального удельного расхода топлива с учетом индивидуальных характеристик двигателя и прямым измерением тяги.

5. Разработка метода синтеза интегральных нелинейных многосвязных систем управления скоростью полета самолета, осуществляющих в реальном времени оптимизацию закона управления по критерию минимального километрового расхода топлива с учетом индивидуальных характеристик двигателя и динамики летательного аппарата.

6. Разработка на основе предложенных подходов систем управления на примерах ММСАУ для ГТД типичных конструктивных схем (ТРДЦФ и ТВВД) и исследование их эффективности.

7. Реализация полученных теоретических результатов в виде методик, моделей и прикладных программ, предназначенных для проведения анализа и синтеза ММСАУ ГТД и ЛА.

Методы исследования

При разработке теоретических положений диссертационной работы использованы положения теории автоматического управления авиационных силовых установок, теории цифровых систем автоматического управления, теории авиационных ГТД, теории оптимального управления, теории нелинейного программирования, методы теории линейной матричной алгебры, теории дифференциальных уравнений, теории идентификации и методы имитационного моделирования.

Расчетно-экспериментальные исследования проводились на упрощенных и полных нелинейных моделях двигателей РД-33, РД-ЗЗК, Д-27. Экспериментальные исследования проводились на полунатурном стенде УНПП "Молния" с цифровыми САУ УВК-88, ЭСУ-21, ЭСУ-27; на моторных стендах предприятий МКБ "Союз", ЛНПО им. Климова, ЗМКБ "Прогресс"; самолетах МиГ-29 и АН-70.

На защиту выносятся:

1. Концепция построения нелинейных оптимальных ММСАУ ГТД, основанная на системной интеграции методов формирования комплексных локальных критериев оптимальности и методов определения вектора управляющих воздействий посредством решения задачи оптимизации на каждом шаге управления, что позволяет повысить эффективность и качество управления и синтезировать регуляторы различных классов в рамках единого методологического подхода.

2. Метод синтеза многосвязных многофункциональных систем управления ГТД, основанный на использовании нелинейных моделей объекта управления заданного порядка и ограничений на величину и скорость изменения управляющих воздействий непосредственно в алгоритме управления и на использовании информации о скорости изменения всех переменных состояния объекта управления для реализации регуляторов, что позволяет эффективно реализовать динамические возможности двигателя и гидромеханической части.

3. Метод определения вектора управляющих воздействий обеспечивающий асимптотическую устойчивость и оптимальность управления по быстродействию в классе систем с монотонными переходными процессами по регулируемым двигательным параметрам, что позволило реализовать автономность управления по нескольким задающим воздействиям и грубость системы к внешним и параметрическим возмущениям.

4. Метод синтеза систем оптимального управления ТРДДФ по критерию минимального удельного расхода топлива, основанный на формировании в реальном времени комплексного локального критерия оптимальности в виде квадратичной целевой функции, учитывающей как отклонение текущего режима двигателя от режима с минимальным удельным расходом топлива, так и отклонение текущего значения тяги от требуемого значения, и на способе учета индивидуальных характеристик двигателя, что позволило значительно повысить эффективность и качество управления.

5. Метод определения в реальном времени программ управления ТВВД с со-осными винтами, оптимальных по критерию минимального удельного расхода топлива, основанный на использовании метода нелинейного программирования для решения задачи оптимизации, что позволило определять оптимальные задающие воздействия по нескольким двигательным параметрам и учитывать реальные характеристики двигателей.

6. Метод синтеза и оптимизации в реальном времени интегральной системы управления скоростью полета самолета по критерию минимального километрового расхода топлива основанный на формировании на каждом шаге управления комплексного критерия оптимальности в виде квадратичной целевой функции, учитывающей как отклонение текущего режима двигателя от режима с минимальным удельным расходом топлива, так и отклонение от требуемого значения скорости полета самолета, и способ учета индивидуальных характеристик двигателя, что позволило обеспечить высокие качественные показатели САУ.

7. Методики, модели и прикладные программы, предназначенные для проведения анализа и синтеза ММСАУ ГТД и ЛА и результаты исследования эффективности предложенных методик на примерах разработанных ММСАУ для ГТД типичных конструктивных схем (ТРДДФ и ТВВД).

Научная новизна результатов

1. Новизна концепции построения нелинейных оптимальных ММСАУ ГТД заключается в системной интеграции методов формирования локальных комплексных критериев оптимальности и методов определения вектора управляющих воздействий посредством решения задачи оптимизации на каждом шаге управления в процессе функционирования, что позволяет повысить эффективность и качество управления и синтезировать регуляторы различных классов в рамках единого методологического подхода.

2. Новизна предлагаемого метода синтеза многосвязных многофункциональных систем управления переходными режимами и режимами стабилизации ГТД основана на использовании нелинейных моделей объекта управления заданного порядка и ограничений на величшгу и скорость изменения управляющих воздействий непосредственно в алгоритме управления и на использовании величин скоростей изменения всех переменных состояния объекта управления для реализации регуляторов, что позволяет эффективно реализовать динамические возможности двигателя и гидромеханической части.

3. Новизна разработанного метода определения вектора управляющих воздействий заключается в обеспечении асимптотической устойчивости и оптимальности управления по быстродействию в классе систем с монотонными переходными процессами, что позволило реализовать автономность управления по нескольким задающим воздействиям и грубость системы к внешним и параметрическим возмущениям.

4. Новизна метода синтеза системы оптимального управления ТРДДФ по критерию минимального удельного расхода топлива основана на формировании в реальном времени локального комплексного критерия оптимальности в виде квадратичной целевой функции, учитывающей как отклонение текущего режима двигателя от режима с минимальным удельным расходом топлива, так и отклонение текущего значения тяги от требуемого значения, и на способе учета индивидуальных характеристик двигателя, что позволило значительно повысить эффективность и качество управления.

5. Новизна метода определения программ управления ТВВД с соосными винтами, оптимальных по критерию минимального удельного расхода топлива, заключается в использовании метода нелинейного программирования для решения задачи оптимизации в реальном времени, что позволяет определять оптимальные задающие воздействия по нескольким двигательным параметрам и учитывать реальные характеристики двигателей.

6. Новизна метода синтеза и оптимизации интегральной системы управления скоростью полета самолета по критерию минимального километрового расхода топлива основана на формировании на каждом шаге управления локального комплексного критерия оптимальности в виде квадратичной целевой функции, учитывающей как отклонение текущего режима двигателя от режима с минимальным удельным расходом топлива, так и отклонение от требуемого значения скорости полета самолета, и в способе учета индивидуальных характеристик двигателя, что позволило обеспечить высокие качественные показатели САУ.

Новизна предложенных технических решений защищена 4 авторскими свидетельствами СССР и одним патентом РФ.

Обоснованность и достоверность результатов

Обоснованность результатов диссертационной работы основывается на использовании признанных научных положений, апробированных методов и средств исследования, подтверждается корректным применением математического аппарата, согласованием новых результатов с известными теоретическими положениями.

Достоверность результатов подтверждается согласованностью экспериментальных данных и научных выводов, результатами имитационного моделирования и результатами полунатурных, натурных и летных испытаний. Достоверность экспериментальных данных обеспечивается использованием современных средств и методик проведения исследования.

Практическая ценность и внедрение результатов

Практическая ценность результатов заключается в следующем:

1. Разработанная методология построения цифровых систем многофункционального многосвязного оптимального управления ГТД обеспечивает повышение эффективности процессов управления за счет интеграции метода временной дискретизации модели объекта управления и методов формирования локальных комплексных критериев оптимальности и решения задачи оптимизации в процессе функционирования системы управления.

2. Разработанная инженерная методика построения цифровых систем много -функционального многосвязного оптимального управления ГТД, позволяет значительно сократить время и затраты на проектирование и доводку САУ за счет применения формализованной процедуры синтеза и обеспечения грубости системы в широком диапазоне изменения режимов работы и условий полета.

3. Разработанный метод расчета дискретной модели объекта управления позволяет получать цифровые модели из непрерывных моделей без искажения их динамических характеристик в широком диапазоне частоты квантования, что позволяет существенно сократить затраты вычислительных ресурсов на реализацию нелинейных быстросчетных моделей силовых установок в ЭВМ.

4. Разработанные нелинейные оптимальные многофункциональные цифровые системы управления для ГТД различных конструктивных схем (РД-33, РД-ЗЗК, Д-27, АИ-222), позволяют существенно улучшить качественные и эксплуатационные характеристики указанных двигателей по сравнению со штатными САУ.

5. Разработанное алгоритмическое и программное обеспечение, реализованные в виде программных модулей для персональной ЭВМ, позволяют автоматизировать основные этапы предлагаемых методик анализа и синтеза САУ ГТД различных классов.

Результаты диссертационной работы внедрены на предприятиях УНГШ «Молния», ЗМКБ «Прогресс» и АНТК им: O.K. Антонова.

Основания для выполнения работы .

Актуальность и практическая ценность поставленных задач подтверждается также тем, что они являются частью проблем, включенных в план научно-исследовательских работ по программе "Анализ и синтез нелинейных алгоритмов управления сложными техническими объектами" на 1995-2000 г.г. Министерства науки, промышленности и технологий Российской Федерации по проблеме "Разработка многофункциональных многосвязных систем управления силовыми уста-

новками". Поставленные задачи также являются частью работ по проблеме повышения качественных характеристик силовых установок самолетов, координируемых Российским авиационно-космическим агентством (Решение Проблемного совета Росавиакосмоса № 2А от 27.09.00). Работа выполнялась также в рамках международного гранта INTAS-2000-757 "Интеллектуальный адаптивный контроль состояния ГТД на основе марковских моделей", в рамках гранта РФФИ 02-0197916 "Математические модели нелинейных многосвязных САУ сложными динамическими объектами" и федеральной целевой программы "Интеграция" в 19982002 г.г. Кроме того, работа выполнялась в соответствии с рядом научно-исследовательских хоздоговорных работ по заказу предприятий НПФ "Темпавиа", УНПП "Молния", ЗМКБ "Прогресс", АНТК им. O.K. Антонова.

Апробация работы и публикации

Основные научные и практические результаты работы докладывались и обсуждались на научных мероприятиях различного уровня в том числе на 5-й отраслевой научно-технической конференции, ЦИАМ, г. Москва, 1986 г.; Всесоюзном семинаре "Автоматика и регулирование силовых установок ЛА", МАИ, г. Москва, 1987 г.; 8-й межотраслевой научно-технической конференции по системам автоматического управления и топливопитания силовых установок с ГТД, ЦИАМ, г. Москва, 1988 г.; 2-й Всесоюзной научно-технической конференции "Системы автоматического управления летательными аппаратами", МАИ, г. Москва, 1988 г.; 2-м Международном Конгрессе "Нелинейный Динамический Анализ (NDA'2)". 3-8 июня 2002 г. Москва, МАИ; 2-й Международной конференции "Идентификация систем и задачи управления (SICPRO'03)". 29-31 января 2003 г. Москва, ИЛУ; Двенадцатой Международной конференции по вычислительной механике и современным прикладным программным системам. Владимир, 30 июня - 5 июля 2003 г.; Европейской Конференции по управлению. Великобритания, Кембридж, 1-4 сентября 2003 г.; 3-й Международной конференции "Идентификация систем и задачи управления (SICPRO'04)". 28-30 января 2004 г., ИЛУ, г. Москва; научно-' технических советах отделения 500 ЦИАМ в 1984 -1989 г.г.; научно-технических семинарах Института Механики УНЦ РАН в 1999 - 2001 г.г.; научно-технических семинарах кафедр "Техническая кибернетика" и "Автоматизированные системы управления" УГАТУ в 1986 - 2004 г.г.

По результатам выполненных исследований опубликовано 40 работ, в том числе 3 монографии, выпущено 8 научно-технических отчетов, получено 5 авторских свидетельств и патентов на изобретение.

Структура и содержание работы

Диссертация состоит из введения, шести глав основного материала, библиографического списка и приложения, содержит 273 страницы машинописного текста без библиографического списка и приложения, кроме того, содержит 77 страниц иллюстративно-табличных материалов. Библиографический список включает 203 наименований. Приложение к диссертации изложено на 29 страницах.

Благодарности

Автор выражает искреннюю благодарность профессору Т.С. Мартьяновой и профессору Г.Г. Куликову за многочисленные консультации и советы.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновывается актуальность темы, формулируются цель и задачи исследования, указывается связь с научными программами, перечисляются подходы и методы решения задач, приводятся задачи, выносимые на защиту, отмечается их научная новизна и практическая ценность. Приводятся сведения об использовании результатов, апробации работы и публикациях.

Первая глава посвящена анализу проблемы нелинейного оптимального многофункционального многосвязного управления ГТД. В первом разделе анализируется современное состояние проблемы синтеза цифровых ММСАУ ГТД в реальном времени. Показано, что для эффективного управления современными и перспективными газотурбинными двигателями необходимо использовать для проектирования управляющих частей цифровых САУ ГТД научные подходы, использующие принципы нелинейного оптимального многосвязного управления.

Отличительной чертой системы управления современным авиационным двигателем является ее многофункциональность, то есть изменение множества функций, выполняемых системой в процессе ее нормального функционирования. При изменении режимов работы силовой установки меняется не только размерность системы, но и множество выходных координат объекта, подлежащих регулированию. Из-за этого меняются динамические характеристики системы в целом.

Анализ известных методов синтеза многосвязных САУ (МСАУ) ГТД в реальном времени показал, что их недостатки: а) нерешенная проблема выбора структуры и весовых коэффициентов оптимизирующих функционалов; б) нерешенная проблема обеспечения многофункциональности системы управления; в) невозможность управлять переходными процессами с учетом ограничений по двигателю и исполнительным органам; г) отсутствие явного учета ограничений на параметры двигателя и исполнительные органы, делают невозможным их использование для решения поставленных задач.

Поэтому в настоящее время актуальной является задача разработки новых методов синтеза оптимальных многофункциональных МСАУ в реальном времени, отличающихся простотой и формальным характером процедуры синтеза и ориентированных на численную реализацию алгоритма управления в условиях достигнутой вычислительной производительности БЦВМ.

Необходимость разработки новых методов синтеза в реальном времени диктуется еще и тем, что в процессе функционирования авиационной силовой установки меняются цели управления, и, соответственно, меняются критерии оптимальности, формализующие эти цели, что приводит к необходимости формирования критериев оптимальности непосредственно в процессе управления и, следовательно, методы синтеза должны учитывать это обстоятельство.

Подобный подход позволяет реализовать потенциально достижимые характеристики цифрового управления газотурбинным двигателем и создать адаптивную оптимальную САУ ГТД, которая основана на: 1) интеграции управления по силовой установке; 2) активной идентификации управляемого объекта в реальном масштабе времени; 3) оптимизации управления в реальном масштабе для идентифицируемого объекта. Под оптимизацией управления здесь понимается оптимизация глобальных критериев - максимизация тяги, минимизация удельного расхода

топлива, времени приемистости и т.п., а не только точности управления.

Решение проблемы синтеза цифровых оптимальных МСАУ видится на пути сочетания развитой прикладной теории, как фундамента алгоритмического обеспечения, с численными методами как формой реализации алгоритмов. Наличие вычислительной техники в составе САУ позволяет решить эту задачу без каких-либо принципиальных упрощений и аппроксимации характеристик двигателя.

Второй раздел посвящен обоснованию применения численных методов оптимизации для синтеза нелинейных оптимальных МСАУ ГТД.

За последнее время были достигнуты большие успехи в области вычислительной математики, в частности математического программирования, причем не только в теоретической части. Относительно большого совершенства достиг и вычислительный аппарат этой теории. Задача этой прикладной дисциплины состоит в определении экстремума функций многих переменных при ограничениях в виде равенств и неравенств.

Между задачей оптимального управления и задачей математического программирования существует совершенно очевидная связь. Задача оптимального управления фактически является задачей математического программирования -замена дифференциального оператора в в системе дифференциальных уравнений, описывающих динамику двигателя, конечноразностным, заменяет исходную задачу оптимального управления задачей математического программирования. На многих практических примерах было показано, что математическое программирование позволяет получить численное решение там, где другие методы оказываются бессильными.

Это обстоятельство, а также наличие быстродействующих вычислительных машин в системе управления ГТД, побуждает исследовать возможность применения численных методов для синтеза нелинейных многосвязных регуляторов ГТД в реальном масштабе времени. Из многих достоинств такого подхода к синтезу МСАУ ГТД можно назвать следующие: 1) применимость для многих типов ГТД с любым числом управляющих органов; 2) использование нелинейных моделей ГТД и ГМЧ заданного порядка; 3) численные алгоритмы оптимизации эффективно справляются с ограничивающими неравенствами, что позволяет проектировать многофункциональные системы с нелинейными оптимальными законами управления для всех режимов работы двигателя; 4) учет при синтезе оптимальных управлений реальных характеристик двигателя; 5) алгоритмы численной оптимизации при задачах со сравнимым числом управляющих воздействий не требуют большего объема памяти БЦВМ для своей реализации по сравнению с существующими САУ; 6) процедура проектирования максимально формализована.

Многосвязный регулятор, спроектированный на основе этого подхода, в основном, представляет собой алгоритм, осуществляющий формирование целевой функции и определение управлений путем ее минимизации в реальном масштабе времени с заданной частотой выдачи управляющих воздействий.

В третьем разделе формулируются цель и задачи исследования и приводится математическая формулировка задачи оптимального управления для цифровой МСАУ ГТД как задачи оптимизации в реальном времени.

Общая задача оптимизации управления ГТД (переходными режимами и установившимися) рассматривается как состоящая из задачи определения оптималь-

пых программ управления и задачи определения оптимальных законов управления, которые для обеспечения оптимальных характеристик каждого конкретного двигателя должны решаться в реальном масштабе времени.

Для решения задач оптимального управления авиационными газотурбинными двигателями, когда математическая модель объекта управления заведомо неточна, предпочтительно применять приближенные методы. Это соображение, а также трудности численного решения задач оптимального управления и необходимость быстро определять величины управляющих воздействий по сигналу о состоянии управляемого объекта приводит к отказу от рассмотрения критериев оптимальности типа интегральных функционалов, характеризующих некоторое среднее значение качества системы. Приобретает большое значение оптимизация локальных комплексных критериев качества типа целевых функций.

Таким образом, приближенный характер математической модели двигателя вынуждает переходить от строгих оптимальных аналитических решений к численным решениям, а достигнутая вычислительная производительность БЦВМ - к поиску решения задачи оптимизации в классе систем с локально оптимальными управлениями.

В качестве локального критерия оптимальности целесообразно использовать полную производную функции Ляпунова, что обеспечивает системе асимптотическую устойчивость. Придать оптимальный характер управлениям, доставляющим МСАУ асимптотическую устойчивость, можно с помощью дополнительных ограничений на эти управления.

Формулируется задача управления для цифровой МСАУ как задача нелинейного программирования, решаемая в реальном времени.

Пусть объект управления имеет т независимых управляющих воздействий и на систему управления возлагается задача выполнять т программ регулирования (в простейшем случае, это поддержание постоянных значений для т параметров двигателя). Частота выдачи решений в цифровой системе управления предполагается известной и равной / т.е. период квантования по времени равен Т^И/. Дана модель объекта управления в виде следующих разностных уравнений

4040+*(/>(/), т

Я/+1)=С(0х(0+Д0"(0,

где х(г) - «-мерный вектор состояния, у(1) - А>мерный вектор наблюдения, ы(1) - т-мерный вектор управления, А, В,С,Б - матрицы размерностей пхп, пхт, кхп, кхт соответственно. Координаты векторов х(1) и у(1) измеряются соответствующими датчиками. На вектор управления ы(1) наложено ограничение

здесь - заданные векторы, ограничивающие диапазон значений скоро-

сти изменения управляющих воздействий

В контуре управления имеется БЦВМ, в памяти которой хранятся матрицы модели двигателя, зависящие от режимов работы и условий полета. БЦВМ работает с периодом Полагаем, что в каждый /-и такт управления в БЦВМ вводятся те-

кущие значения координат вектора состояния х и вектора наблюдения у и выводятся управляющие воздействия на исполнительные механизмы. Задан вектор 2T(i+l) определяющий программную траекторию на следующем такте управления. Размерность вектора 2T(i+\), составленного из координат векторов хну, равна т, т.е. числу управляющих органов. Это означает, что система управления должна одновременно выполнять т программ регулирования. Вводится в рассмотрение вектор траекторного отклонения e{i +1)

Здесь вектор г(г + 1) определяет значения двигательных параметров, определенных вектором z"(i + l), на следующем такте управления. Тогда задачей управления будет являться отслеживание с максимально возможной точностью и качеством значениями координат вектора z{i +1) заданной программы zpr (/' +1):

где I I - норма вектора е(г +1). При этом координаты вектора управления, обеспечивающие ||е(и(/))||—> min, должны удовлетворять ограничениям (2).

Ограничения (2) можно записать в стандартной форме

Возьмем в качестве нормы вектора e(u(i)) в (4) квадрат евклидовой нормы:

Г1

где Yj - весовые коэффициенты, определяемые требованиями к динамической и статической точности поддержания программ, z/i+\) определяются соотношениями (1).

На каждом /-м такте управления будем находить вектор управления, обеспечивающий минимум целевой функции (6) при ограничениях (5). В этом случае процесс управления сводится к последовательному решению задач квадратичного программирования в БЦВМ в дискретные моменты времени /„ / = 0,1, ... и реализации полученных управляющих воздействий.

Следовательно, задачу локально-оптимального управления ГТД можно сформулировать следующим образом: минимизировать функцию J, определенную соотношением (6), при условии (5). Или, кратко,

min {У(и(/)) | А;(и(/)) < 0} 7 = 1,2. (7)

Функциональная схема системы управления ГТД, реализующая предложенную концепцию управления представлена на рис. 1.

Рис.1. Концептуальная функциональная схема системы управления

Синтез цифровых САУ по предложенной концепции обладает принципиально новыми качествами по сравнению с традиционными подходами. К их числу можно отнести: 1) синтез системы управления осуществляется непосредственно в процессе функционирования; 2) инвариантность к порядку и размерности системы нелинейных дифференциальных уравнений, описывающих математическую модель двигателя. Отсутствует необходимость в каком-либо упрощении используемой модели ГТД и синтезированных регуляторов; 3) синтез ориентирован на достижение наилучших показателей качества системы (в отличие от классических, ориентированных на достижение ладанных показателей качества), т.е. позволяет полностью раскрыть потенциальные возможности системы в смысле качества управления; 4) проектирование САУ различных классов, в том числе многофункциональных и оптимальных по глобальным критериям в рамках единой формализованной процедуры; 5) универсальность используемого математического аппарата; 6) применимость для синтеза САУ различными объектами, а не только ГТД.

С позиций системного подхода синтезированная управляющая часть САУ представляет собой единый математический оператор, преобразующий входную информацию в управляющие воздействия. Поэтому отсутствует необходимость построения САУ ГТД в классе многоуровневых систем - разделять САУ на ряд сепаратных подсистем и контуров управления и проводить их раздельный синтез. Предлагаемая концепция построения САУ является, таким образом, обобщением системного подхода на более высокий уровень, где САУ является элементарным звеном.

Во второй главе разрабатываются теоретические основы синтеза цифровых МСАУ ГТД на установившихся и переходных режимах, оптимальных по быстродействию в классе систем с монотонными переходными процессами.

В первом разделе разрабатывается метод расчета дискретной модели ГТД, как объекта управления. Его необходимость вызвана низкой точностью известных методов дискретизации, особенно на низких частотах квантования.

Исходными данными для получения- необходимой дискретной модели объекта управления является система векторно-матричных дифференциальных и алгебраических уравнений, представленных в нормальной форме

где - векторы состояния, наблюдения и управления, а

- векторы, определяющие заданное программное движение объекта управления. Матрицы Ас, Вс, Сс, Д. имеют размерности пхп, пхш, гхп, кхт соответственно. Элементы этих матриц являются функциями от режима двигателя и внешних условий. Уравнения (8) даны в физических координатах. Решение системы уравнений с переменными коэффициентами можно представить в виде:

Г

Дх(0 = Ф(Г,/0) Дх(/0) + ¡Ф(1,а)Вс(а)Аи(а)<1а,

где Ф(/,/о) - переходная матрица, /0 - начальный момент времени.

Переходя в (8) и (9) к дискретному времени и полагая, что за время одного интервала дискретизации элементы матриц . остаются постоянными,

получаем дискретную модель объекта управления

где параметры дискретной и непрерывной моделей связаны между собой соотношениями:

Агт2

А = еА<г = Е + Аст + ^~ + ... ,

В = (]еА<°с1а) .Вс = т(Е + ^-+^- + ...)Вс.

о

С = СсА , й = СсВ +

(11) (12)

(13)

Во втором разделе сформулированный в главе 1 подход к синтезу цифровых систем был применен для разработки метода синтеза цифровой многофункциональной многосвязной системы регулирования ГТД на переходных и установившихся режимах. Метод синтеза обеспечивает асимптотическую устойчивость системы управления и оптимальность по быстродействию в классе систем с монотонными переходными процессами с учетом ограничений на параметры двигателя и управляющие воздействия.

Исходными данными для синтеза МСАУ ГТД являются модель объекта управления в виде (10), период дискретизации по времени А/ = г и вектор макси-

мальных скоростей изменения управляющих воздействии и

Запишем систему уравнений (10) для момента времени ^ = (/ + 1)г И ^ = /г и вычтем из первой системы вторую систему, полагая, что во время одного интервала дискретизации элементы матриц А, В,С,Бы векторов хрг({), ург{(), 4^(1) остаются постоянными:

где

х(г +1) = *(/) + Абх(г) + Вби(1), у([ +1) = у(0+С5х(1) + 05и{(),

8и{г) = и(0- "(¡-1).

(15)

Введем в рассмотрение вектора + 1) и у'(г + 1)

*'(/' +1) = х(() + Н, {АЗх(Г) + В8и{г)}, УУ +1) = Я') + Н,{С6х{1) + й8и{/)}.

Здесь Нх и Ну - диагональные весовые матрицы прогнозирования. Эти весовые матрицы необходимы для учета приближенного характера используемой математической модели объекта управления. Величины диагональных элементов этих матриц отражают степень «неопределенности» наших знаний о динамических характеристиках ГТД и их значения выбираются так, чтобы обеспечить требуемые инженерные критерии качества.

Уравнения (17) дают возможность составить векторно-матричные уравнения для ошибок регулирования:

еДг + 1)^'- +1) = хГ -х(0-Нх{А8х{г) + Вди{г)}, еМ +1) = уГ -/(/ +1) = ург-у{1)-НЛС5х{1) + В5и{1)}.

(18)

ех(1 + \) = Ях(1)-НгВЗи(0, еу(1 + \) = Яу(1)-НуО8и(0,

(19)

где

(20)

Кх=х" -х{})-НхАдх{{), Яу=Ург-У(!)-НуСЗх(0.

Полученные выше соотношения описывают в первую очередь динамические процессы около установившихся режимов. На неустановившихся режимах работы ГТД обычно требуется регулировать скорость изменения некоторых двигательных параметров. Выражения для ошибок регулирования в этом случае получаются путем дифференцирования выражений (18). Аналогично получаются соотношения для ошибок регулирования при задержке управляющего воздействия на к тактов.

Поскольку в синтезируемой системе управления имеется т управляющих воздействий, то в каждый такт управления могут регулироваться только т двигательных параметров из их общего числа Для того, чтобы выбрать т параметров, которые требуют управления в данный момент времени, необходимо среди компонент вектора = 0')»^ ('")]> переведенных в безразмерные величины, выбрать т наименьших. Это дает возможность определить вектор ошибок подлежащих уменьшению на текущем такте управления и сформировать целевую функцию

Далее необходимо определить вектор изменений управляющих воздействий 5и(}), доставляющих минимум целевой функции при наличии ограничений "на максимальную скорость перемещения исполнительных органов:

(22)

Й|ип < М2 < ¿|»п

На каждом / -м такте нужно находить изменение вектора управляющих воздействий, обеспечивающих минимум целевой функции (21) при ограничениях (22). Эту задачу можно решить с помощью одного из численных методов, пригодного для реализации в управляющей вычислительной машине.

В третьем разделе разрабатывается численный метод минимизации целевой функции в реальном времени. Для обеспечения монотонности переходных процессов был разработан метод, учитывающий физический смысл целевой функции (21) и состоящий из следующих этапов:

1) вычисляется точка безусловного минимума ди , как решение системы уравнений

2) определяется параметр при котором луч пересечет границу допустимой области

3) определяется параметр А.0 по формуле

Я° = шт{1Д;}, (25)

4) рассчитывается точка минимума

Преимущество этого метода заключается в том, что определение минимума квадратичной функции осуществляется без итераций, что повышает помехоустойчивость алгоритма управления. Поиск минимума функции вдоль прямой, связывающей начало координат с точкой безусловного минимума, обеспечивает пропорциональное уменьшение рассогласований по всем регулируемым параметрам.

Разработанный метод сочетает высокую скорость нахождения решений с малыми затратами вычислительной мощности и обеспечивает задашгую точность выполнения ограничений.

В четвертом разделе разрабатывается метод синтеза цифровых дифференцирующих и сглаживающих фильтров без фазовых искажений в рабочей полосе частот на основе применения чебышевской полиномиальной аппроксимации.

При проектировании цифровых МСАУ ГТД изложенным методом возникает необходимость в оценке значений измеряемых параметров двигателя и их дифференцирования в условиях, когда их дискретные значения искажены шумами в каналах передачи данных, шумами аналого-цифровых преобразователей и т.д. Решение этой задачи известными методами теории цифровой фильтрации позволяет получить низкочастотные и дифференцирующие фильтры с фазовыми частотными искажениями, делающими эти фильтры непригодными для цифровой обработки сигналов в реальном масштабе времени.

Для решения этой проблемы разработан метод расчета цифровых дифференцирующих и сглаживающих фильтров на основе применения чебышевской полиномиальной аппроксимации, что позволило получить отфильтрованный сигнал без временных задержек.

Низкочастотная фильтрация осуществляется по соотношению у(хк) = а\(хк)у, + а2{хк)у2 + ...+а„(хк)уп,

где а^, ... , а„ - коэффициенты сглаживающего фильтра:

а'_Ф0Фк) | | | гт(х,К(хц)

. _ ф,)г0(х>) Ф„)ФЛ | гя{хщ)гт(хк)

ВФ,))2 "'

где г,(х),72(л),...,7т(х) многочленыЧебышева (г0(д:) = 1).

Аналогично получена формула дифференцирующего фильтра: у{хк) = а\\хк )у, + а"(хк )у2+...+ а"(ху )у„, где а, , а2 ,..., ап - коэффициенты дифференцирующего фильтра ~ ф)фк) г2(х, )фк) Ф,)Ф„)

^Цф,)? Цф,)? ""

.. = г,(х2)г,(^) г2(х2)фк) гт(хг)фк)

2~1[г,(*,)]2 ВФ,)}2 "' 2»,)Г

" 1>,(*,)]2 Ем1 "' I»,)]2'

Полученные результаты позволили разработать вычислительную программу, которая рассчитывает коэффициенты сглаживающего и дифференцирующего фильтров и их частотные характеристики.

В пятом разделе разрабатывается методика теоретического исследования устойчивости цифровых оптимальных МСАУ ГТД.

Приведено доказательство асимптотической устойчивости МСАУ, синтезированных предложенным методом. Показано, что целевая функция является функцией Ляпунова, первая разность которой является отрицательно-определенной квадратичной формой от фазовых координат. Для исследования влияния на устойчивость системы ошибок в определении параметров матриц А и В, построения областей устойчивости, разработан численный метод, удобный для практического использования и заключающийся в получении рекуррентного векторно-матричного уравнения замкнутой системы в виде

Проблема исследования устойчивости цифровых алгоритмов управления свелась к исследованию собственных значений матрицы Л®. Кроме того, выражение (31) дает возможность изучить влияние на устойчивость системы возможных ошибок в определении параметров ее модели, периода дискретизации, различных методов вычисления а также компонент весовых матриц

Необходимое и достаточное условие асимптотической устойчивости систе-

мы управления заключается в выполнении условий

где п - порядок матрицы Л . Разработана вычислительная программа, осуществляющая анализ устойчивости синтезированных МСАУ по разработанному методу.

В третьей главе разрабатываются и исследуются линейные и нелинейные системы управления переходными и стационарными режимами, спроектированные на основе предложенного метода синтеза для одно-, двух- и трехмерных объектов управления.

В первом разделе разработанный метод синтеза был применен для синтеза системы управления основным контуром ТВВД Д-27 - трехвального турбовинто-вентиляторного двигателя с двумя соосными винтовентиляторами (винтами). Была спроектирована цифровая система многофункционального управления газогенератором двигателя Д-27 (ТВВД) с воздействием по расходу топлива на переходных режимах по закону и на установившихся режимах по селектируемой

программе: ф, Р[ =/(аруд), ^=/2(«руд).

Структурная схема системы управления приведена на рис. 2.

На первом этапе модельных испытаний исследовались1 качественные характеристики переходных процессов при ступенчатом изменении задающих воздействий, их зависимости от величины коэффициента усиления И, а также зависимость запасов устойчивости от величины коэффициента h.

Переходные процессы, вызванные ступенчатым изменением задающего воздействия на 100 об/мин в каналах стабилизации частоты вращения ротора низкого и высокого давления имеют ступенчатый характер, перерегулирование отсутствует. Длительность переходного процесса составила 0,15 с при й=2 и 0,35 с при Ь=А

по обоим регулируемым параметрам. В канале управления давлением воздуха за

*

компрессором высокого давления переходной процесс имеет характер ступенчатой функции. Его длительность равна 0,375 с при А=2 и 0,625 с при h=A. При ступенчатом изменении программного значения в канале регулирования температуры газов за турбиной низкого давления переходный процесс носит ступенчатый характер и имеет длительность по регулируемому параметру величиной 0,1 с при /г=2 и 0,3 с при h-A. Время работы канала приемистости составило 3,6 с, после чего селектор переключает управление на канал Переход на канал управления щ осуществляется за 5% до уставки по этому каналу. Характер переходных процессов по всем регулируемым параметрам монотонный без перерегулирования. Запасы устойчивости в системе управления по каналу стабилизации частоты вращения ротора высокого давления по фазе составили при /4=2—75,52 град и по коэффициенту усиления - 12,04 дб. При значении h=l6 запасы устойчивости составили 88,2 град по фазе и 30,1 дб по коэффициенту усиления. Характерной особенностью является независимость фазовой частотной характеристики от величины параметра h.

Во втором разделе разработанный метод синтеза был применен для проектирования линейной двумерной системы управления винтовентиляторами (ВВ)

Рис. 2. Структурная схема многосвязного регулятора газогенератора Д-27

двигателя Д-27, назначение которой - поддерживать с требуемым качеством за данные значения частоты вращения переднего и заднего винтовентиляторов.

Экспериментальное исследование синтезированной системы осуществлялось в три этапа: 1) математическое моделирование; 2) испытания на полунатурном стенде предприятия УНПП "Молния"; 3) испытания на моторном стенде предприятия ЗМКБ "Прогресс".

Проведенные на нелинейной модели ДУ-27, на полунатурном стенде УНПП "Молния" и моторном стенде ЗМКБ "Прогресс" исследования синтезированной многосвязной системы в составе цифровой системы управления ЭСУ-27 показали что, переходные процессы, вызванные скачкообразными изменениями задающих воздействий, являются монотонными и имеют длительность около 1,5 с. Благодаря применению перекрестных связей в регуляторе, обеспечивается автономность управления по каждому из винтовентиляторов.

Частичная приемистость двигателя проходит без забросов по частотам вращения винтовентиляторов и имеет длительность около 2,5 с дри стендовых внешних условиях. Полная приемистость на моторном стенде также проходит без забросов и ее длительность составила 4 с. Аналогичные испытания штатных регуляторов винтов выявили колебательный характер переходных процессов, взаимное влияние регуляторов переднего и заднего винтов друг на друга. Длительность переходных процессов составила от 1,9 с до 2,9 с. Частичная и полная приемистость со штатным регулятором проходят с небольшими забросами частот вращения обоих винтов. Длительность частичной приемистости около 4,5 с, полной - 8 с. Применение синтезированного регулятора сократило время приёмистости примерно в два раза и устранило колебательный характер переходных процессов.

Третий раздел демонстрирует применение разработанных теоретических положений для синтеза нелинейной двухмерной системы регулирования двух-вального ТРДДФ РД-ЗЗК с регулируемым реактивным соплом. У этого двигателя два независимых управляющих воздействия - расход топлива и площадь сечения реактивного сопла дают возможность реализовать многосвязную систему управления.

Исследование синтезированной МСАУ проводилось моделированием переходных процессов на цифровых моделях системы управления. На первом этапе исследования проводились на линейной модели объекта управления, затем на полной нелинейной газодинамической модели двигателя РД-ЗЗК.

На рис. 3 представлены переходные процессы по регулируемым параметрам пх и Т* при скачкообразном изменении задающего воздействия по щ на 10 об/мин. Процесс по «! вошел в 5% трубку за 0,17 с и имеет апериодический характер без перерегулирования. Процесс по параметру отсутствует.

На рис. 4 представлены переходные процессы в системе при скачкообразном изменении задающего воздействия по Тг на 10 К. Переходный процесс по Т^ имеет скачкообразный характер без забросов длительностью 0,03 с. Переходный процесс по параметру щ отсутствует.

При одновременном скачкообразном изменении задающих воздействий по щ на 100 об/мин и Тг на 10 К переходной процесс по щ имеет длительность 0,175 с, а По Тг - 0,025 с и вид близкий к ступенчатой функции.

(об^мин)

14

"2

Тг (град) в, (кг/час) 12

£ (с«2)

10

- ' - Г ■■■ "" , ,,

«1

г

Я

тя

о, Г, С

1

1 5

25

35

45

Рис.

3. Переходные процессы при скачкообразном изменении задающего воздействия по п1 на 10 об/мин

"1

(сб/мин)

"2

5* (град) О, (кг/час)

5 <«')

Рис. 4. Переходные процессы при скачкообразном изменении задающего воздействия по ГТ на 10 град

На следующем этапе исследований было проведено математическое моделирование на полной нелинейной газодинамической модели двигателя РД-ЗЗК, которое подтвердило полученные ранее результаты.

• Выполненные исследования подтвердили выполнение задач, поставленных при синтезе нелинейного многосвязного регулятора: 1) система управления обеспечивает монотонность переходных процессов; 2) система обеспечивает автономность управления по регулируемым двигательным параметрам; 3) система обеспечивает оптимальность по быстродействию в классе систем с монотонными переходными процессами - управляющие воздействия изменяются с максимально возможной скоростью, пока один из регулируемых параметров не достигнет своего программного значения; 4) применение перекрестных связей в регуляторе позволило увеличить коэффициенты усиления в 19,5 раза по частоте вращения ротора низкого давления и в 5,2 раза по температуре газа за турбиной низкого давления по сравнению со штатными системами БПР-88 и ЭСУ-21 и повысить качество регулирования.

В четвертом разделе особенности применения разработанного метода для цифрового синтеза нелинейной многофункциональной МСАУ ГТД на переходных и статических режимах были исследованы на примере создания системы управления для трехвального турбовинтового двигателя с двумя соосными винтами -ТВВД Д-27. Ставится задача синтезировать трехмерную многосвязную систему управления, в которой обеспечивалось бы координированное управление основным контуром и частотами вращения переднего и заднего винтов при учете ограничений на скорость перемещения исполнительных органов. Синтезированная МСАУ должна обеспечивать оптимальность по быстродействию в классе систем с монотонными переходными процессами.

По условиям технического задания система управления должна всегда выполнять две функции - поддержание заданных значений частоты вращения переднего и заднего винтов. Третья функция, связанная с управлением газогенератором, должна определяться среди шести функций управления, связанных с регулированием газогенератора.

Проведенные исследования на упрощенной нелинейной модели двигателя Д-27 показали, что: 1) система управления обеспечивает монотонность переходных процессов; 2) система обеспечивает автономность управления по регулируемым двигательным параметрам; 3) система обеспечивает высокое быстродействие при обеспечении монотонного характера переходных процессов - длительность переходных процессов по частотам вращения винтов составляет 0,4 с (в штатной системе 1,3 с), по другим двигательным параметрам не более 0,2 с. Время полной приемистости сократилось более чем в 2 раза по сравнению со штатной системой - с 10 с до 4,5 с. Применение принципа многосвязного управления позволило значительно (в три раза) повысить качественные характеристики управления по сравнению со штатной системой ЭСУ-27.

В пятом разделе исследуется работоспособность в условиях реальных шумов и помех цифровых дифференциаторов, необходимых для синтеза МСАУ по представленному в работе методу. Для этого был проведен комплекс экспериментальных работ с реальной аппаратурой регулирования. Эксперименты проводились на полунатурном стенде предприятия УНПП "Молния". Аппаратура управле-

ния была представлена аналоговым агрегатом БПР-88-4с и его цифровым вариантом - управляющим вычислительным комплексом УВК-88.

На первом этапе был проведен сравнительный анализ динамических характеристик каналов регулирования цифрового и аналогового вариантов САУ двигателя' РД-33. Дифференцирующие корректирующие звенья в цифровых каналах управления были реализованы на базе дифференцирующих фильтров, метод синтеза которых представлен во второй главе. Экспериментальные данные свидетельствуют о том, что использование дифференцирующих фильтров, разработанных в диссертации, не ухудшает динамические характеристики цифровой системы регулирования по сравнению с аналоговым вариантом САУ двигателя РД-33.

На следующем этапе исследования было проведено испытание цифровой системы УВК-88 на моторном стенде предприятия МКБ "Союз", подгвердившее эффективность разработанных цифровых дифференцирующих фильтров.

Цифровые дифференциаторы, синтезированные по предлагаемому методу, были использованы при разработке программного обеспечения цифровой системы управления ЭСУ - 21 и их высокая эффективность в условиях действия реальных шумов также подтверждена результатами полунатурных, стендовых и летных испытаний в составе цифровой САУ ЭСУ-21 ТРДДФ РД-ЗЗК самолета МиГ-29К.

В четвертой главе разрабатываются теоретические основы и метод проектирования цифровой двухмерной МСАУ ТРДДФ, в реальном времени осуществляющей оптимизацию управления по критерию минимального удельного расхода топлива при косвенном измерении тяги по комплексу двигательных параметров.

В первом разделе на основе анализа характеристик ГТД, как объекта управления разрабатывается способ решения общей задачи оптимизации - одновременного определения оптимальных программ управления в реальном масштабе времени и их оптимальной реализации.

Для оценки величины реактивной тяги используется комплекс параметров характеризующий тягу турбореактивного двигателя. Здесь полное давление газов за турбиной либо полное давление газов в камере смешения, если рассматривается двигатель со смешением потоков, Ж - площадь сечения реактивного сопла, - полное давление воздушного потока на входе в двигагель.

Формируется критерий оптимальности по минимуму удельного расхода топлива турбореактивного двигателя при косвенном измерении тяга по комплексу внугридвигательных параметров

Целевая функция / имеет простой физический смысл. Первый член этого выражения определяет рассогласование между заданным значением тяги и ее текущим значением. Второе слагаемое целевой функции определяет "расстояние" от текущего режима двигателя до режима с минимальным удельным расходом топлива. Весовые коэффициенты у| и У2 необходимы для изменения динамических свойств системы.

Проведен синтез цифровой нелинейной многосвязной многофункциональной системы управления ТРДДФ РД-ЗЗК, которая обеспечивает оптимальность по быстродействию в классе систем с монотонными переходными процессами и оп-

типизацию управления по минимуму удельного расхода топлива в процессе функционирования. Управляющие воздействия <5(7, И 8Р, определяются из условия минимума критерия оптимальности при наличии ограничений на скорость перемещения исполнительных органов.

Особенностью разработанного метода является его способность учитывать реальные характеристики регулируемого двигателя. Этот факт объясняется тем, что режим работы двигателя с минимальным удельным расходом топлива определяется коэффициентом влияния К^. Непрерывное определение его величины во

время полета решает задачу учета конкретных характеристик двигателя.

Во втором разделе для обеспечения адаптивности разработанного способа управления к изменению статических характеристик двигателя разработан метод оперативной идентификации параметра

Принимается, что экстремальная зависимость 0(¥) носит полиномиальный характер

С = а0 + а^ + а2Р2, ■ (34)

с неизвестными (подлежащими оцениванию) коэффициентами а\, Я2- Их определение осуществляется по методу наименьших квадратов.

Величина рассчитывается по соотношению

К,

т _ _ 2а2Р4,/

Р* Ропт а,

(35)

Для исследования синтезированной системы управления было проведено математическое моделирование ее работы на ЦВМ, на первом этапе использовалась упрощенная нелинейная модель двигателя РД-ЗЗК, на втором: этапе она была заменена полной нелинейной газодинамической моделью этого двигателя.

На рис. 5 представлены переходные процессы по некоторым двигательным параметрам РД-ЗЗК при работе предложенного метода учета индивидуальных характеристик двигателя. Исследование проводилось на режиме = 98%. В мо-

мент времени /=8 с включался синтезированный алгоритм. Периодичность уточнения параметра равнялась 8 с. Время перехода на новый статический режим примерно 40 с. Расход топлива сократился на 0,98%. Максимальное отклонение тяги от заданного значения составило 0,06%.

На дроссельном режиме Я~¥% выигрыш в удельном расходе топлива относительно штатной программы составил 0,7% (с С^ =0,741 ДО С^ = 0,736).

В пятой главе разрабатываются теоретические основы применения численных методов для определения оптимальных программ управления в реальном масштабе времени в случае, когда оптимизируемый параметр измеряется непосредственно. В качестве примера рассмотрена задача обеспечения оптимального управления ТВВД Д-27 самолета АН-70 по критерию минимального удельного расхода топлива на крейсерских режимах полета.

В существующей системе управления ТВВД Д-27 на установившихся режимах работы предусмотрено прямое измерение тяги и измерение текущего расхода топлива.

Рис. 5. Переходные процессы при переводе двигателя на режим оптимальный по удельному расходу топлива при работе алгоритма учета индивидуальных характеристик двигателя

Это дает возможность непосредственно рассчитывать удельный расход топлива с учетом индивидуальных характеристик каждого двигателя в силовой установке, позволяя тем самым оптимизировать работу двигателя по расходу топлива в течение полета.

Необходимо определить программные значения частоты вращения переднего винтовентилятора (ВВ) и частоты вращения заднего ВВ, при которых заданная тяга достигается при наименьшем расходе топлива.

В первом разделе главы проводится анализ различных способов решения этой задачи при различных программах управления сооснымй винтовентилятора-ми, который показал целесообразность использования различных программных значений по частотам вращения переднего и заднего ВВ для оптимизации расхода топлива при заданном значении тяги на крейсерском режиме полета.

Во втором разделе исследуется характер топологии поверхности целевой функции (удельный расход топлива при заданном значении тяги). Для этого была получена зависимость

1650 кГ. Вид полученной поверхности приведен на рис. 6.

600 650

Рис. 6. Поверхность Кду(пеп,пв,С1) = 1650 кГ

Проведенный анализ математической модели ТВВД Д-27 показал, что применение активной оптимизации программ управления по критерию минимального удельного расхода топлива на крейсерском режиме полета может дать значительную экономию топлива (до 2,3%).

В третьем разделе был проведен анализ возможных способов минимизации полученной целевой функции. Он позволил обосновать необходимость использования методов минимизации без использования производных минимизируемой функции (прямых методов поиска).

Разработан численный метод определения минимального расхода топлива при заданной тяге на базе метода деформируемого многогранника. Разработаны блок-схема предложенного метода минимизации удельного расхода топлива и программный модуль, реализующий его на ЭВМ.

В четвертом разделе проведено расчетно-экспериментальное исследование системы управления ТВВД Д-27, оптимальной по удельному расходу топлива. Приведены результаты математического моделирования на полной поэлементной нелинейной модели двигателя Д-27, иллюстрирующие эффективность метода оптимизации на крейсерском режиме полета самолета для внешних условий #=11 км, М= 0,7. Повышение экономичности силовой установки на этом режиме составило 2,3% (расход топлива снизился с 579 кг/час до 565,9 кг/час). Оптимальные программы управления составили 717 об/мин для переднего винтовентилятора и 938 об/мин для заднего (штатные настройки 850 об/мин для обоих винтовентиля-торов). Время определения оптимальных программных значений частоты вращения для переднего и заднего винтовентиляторов составило 30 с.

В шестой главе разрабатываются теоретические основы и метод синтеза численными методами интегральной МСАУ заданной скоростью полета, обеспечивающей в реальном времени оптимизацию управления по критерию минимума километрового расхода топлива.

Рассматривается интегральная САУ транспортным самолетом с ГТД, оптимально регулирующая скорость полета, с условием определения такого режима работы силовой установки, который обеспечил бы минимальный километровый расход топлива при полете самолета с заданной скоростью. Предполагается, что в силовой установке используется ГТД с изменяемой площадью критического сечения сопла, а регулирование скорости полета производится путем изменения тяги силовой установки.

Приняты следующие допущения: а) заданная высота полета автономно обеспечивается автопилотом; б) перемещение воздушных масс учитывается только в горизонтальном направлении; в) динамические характеристики самолета заданы уравнением

где Тт - постоянная времени самолета, Ктг - коэффициент усиления по тяге,

- значения скорости полета и тяги, соответствующие исходному установившемуся режиму полета; г) математическая модель силовой установки на режиме крейсерского полета в линейном приближении приведена в четвертой главе: д) оценка тяги Л в уравнении (36) производится по комплексу параметров:

Таким образом, возникает задача беспоискового экстремального регулирования - определять оптимальные управления по критерию'

для каждого конкретного самолета при конкретных условиях полета на крейсерских режимах и устойчиво с требуемым качеством регулирования и точностью поддерживать эти режимы.

С учетом результатов четвертой главы был разработан критерий оптимальности для синтеза интегральной МСАУ самолета, оптимальной по километровому расходу топлива в виде квадратичной функции от параметров модели самолета и модели силовой установки:

Ограничения на величины управляющих воздействий сформулированы в виде соотношений, вытекающих из существующих ограничений на максимальные скорости изменения расхода топлива и площади сечения сопла

Решение поставленной задачи свелось к минимизации целевой функции (38) относительно переменных на каждом такте управления при наличии

ограничений на скорость перемещения исполнительных органов.

Синтезирована цифровая интегральная система управления заданной скоростью полета тяжелого транспортного самолета, оптимальная по критерию минимального километрового расхода топлива. Путем моделирования на ЭВМ, исследованы статические и динамические характеристики МСАУ. Время переходного процесса при парировании порыва ветра в 1% изменялось от 1,7 с до 20 с при изменении параметра от 16 до 250. Время перехода на оптимальный режим равно 7 с. Расход топлива снизился на 41 кг/час или 0,98%. Максимальное изменение тяги равно 0,13%. Отклонение скорости полета от заданной не превысило 0,0006%. С помощью параметра можно адаптировать систему управления к конкретным характеристикам турбулентности атмосферы во время полета.

В Приложении приведены тексты вычислительных программ, автоматизирующих процедуру синтеза и исследования МСЛУ ГТД по разработанным методикам.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

1. Разработана концепция построения нелинейных оптимальных ММСАУ ГТД, основанная на системной интеграции методов формирования комплексных локальных критериев оптимальности и методов определения вектора управляющих воздействий посредством решения задачи оптимизации на каждом шаге управления в процессе функционирования, что позволяет повысить эффективность и качество управления и синтезировать регуляторы различных классов в рамках единого методологического подхода.

2. Предложен метод синтеза многосвязных многофункциональных систем управления ГТД, основанный на использовании нелинейных моделей объекта управления заданного порядка и ограничений на величину и скорость изменения управляющих воздействий непосредственно в алгоритме управления и на использовании информации о скорости изменения всех переменных состояния объекта управления для реализации регуляторов, что позволяет полностью реализовать динамические возможности двигателя и гидромеханической части.

3. Разработан метод определения вектора управляющих воздействий, обеспечивающий асимптотическую устойчивость и оптимальность управления по быстродействию в классе систем с монотонными переходными процессами по регулируемым двигательным параметрам, что позволяет реализовать автономность управления по нескольким задающим воздействиям и грубость системы к внешним и параметрическим возмущениям.

4. Разработан метод синтеза систем оптимального управления ТРДЦФ по критерию минимального удельного расхода топлива, основанный на формировании в реальном времени комплексного локального критерия оптимальности в виде квадратичной целевой функции, учитывающей как отклонение текущего режима двигателя от режима с минимальным удельным расходом топлива, так и отклонение текущего значения тяги от требуемого значения, и на способе учега индивидуальных характеристик двигателя, что позволило значительно повысить эффективность и качество управления.

5. Предложен метод определения программ управления ТВВД с соосными винтами, оптимальных по критерию минимального удельного расхода топлива, основанный на использовании метода нелинейного программирования для решения задачи оптимизации в реальном времени, что позволило определять оптимальные задающие воздействия по нескольким двигательным параметрам и учитывать реальные характеристики двигателей.

6. Разработан метод синтеза интегральной системы управления скоростью полета самолета, оптимальной по критерию минимального километрового расхода топлива. Метод основан на формировании на каждом шаге управления комплексного критерия оптимальности в виде квадратичной целевой функции, учитывающей как отклонение текущего режима двигателя от режима с минимальным удельным расходом топлива, так и отклонение от требуемого значения скорости полета самолета, и на способе учета индивидуальных характеристик двигателя, что позволило обеспечить высокие качественные показатели САУ.

7. Предложены методики, модели и прикладные программы, предназначенные для проведения анализа и синтеза ММСАУ ГТД и ЛА. На их основе проведен синтез линейных и нелинейных многофункциональных МСАУ для двигателей РД-33, РД-ЗЗК, Д-27 оптимальных по быстродействию в классе систем с монотонными переходными процессами, а также расчетно-экспериментальное и экспериментальное исследование этих сиетем, подтверждающее их эффективность. Так, синтезированная цифровая система нелинейного оптимального многосвязного управления ТРДДФ РД-33 обеспечивает время регулирования 0,2 с (в штатной системе 1 с), статическую точность ограничения температуры газов за турбиной 0,9 К и статическую точность регулирования частоты вращения вентилятора 0,07% (в штатной системе 2,5 К и 0,35% соответственно). На основе разработанных теоретических положений проведен синтез и расчетно-экспериментальное исследование нелинейной МСАУ ТРДДФ РД-ЗЗК, оптимальной по удельному расходу топлива. Синтезированная МСАУ РД-ЗЗК на крейсерском режиме обеспечивает выход на оптимальный режим по удельному расходу топлива за ее погрешностью 0,08%. На дроссельном режиме (77% от максимального бесфорсажного) уменьшение удельного расхода топлива составило 0,7% относительно штатной настройки. Время регулирования двигательных параметров на установившемся режиме не

превышает 1 с. Проведен синтез и расчетно-экспериментальное исследование системы управления ТВВД Д-27, в процессе функционирования которой определяются программные значения частот вращения винтовентиляторов, обеспечивающие минимальный расход топлива при заданной тяге. Синтезированная система обеспечивает монотонность переходных процессов и уменьшение расхода топлива на крейсерском режиме полета (Н-11 км, М=0,7) на 2,3% по сравнению со штатной системой ЭСУ-27. Время выхода на оптимальный режим составляет 30 секунд. Проведен синтез и расчетно-экспериментальное исследование интегральной МСАУ, обеспечивающей регулирование скорости полета ЛА с минимальным километровым расходом топлива и монотонность переходных процессов. Минимальное время выхода на оптимальный режим составило 7 с при весовом коэффициенте Ц\ = 50. Время переходного процесса при парировании порыва ветра в 1% изменялось от 1,7 с до 20 с при изменении параметра // от 16 до 250.

ОСНОВНЫЕ ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Дегтярев А.Н., Лянцев ОД., Распопов Е.В. К вопросу построения электронно-гидравлической системы управления разгоном ТРД // Исследование, испытания и надежность авиационных двигателей: Тр. ГОСНИИГА. Рига: ГОСНИИГА, 1981. вып. 200. С. 51-58.

2. Лянцев О.Д. К вопросу проектирования квазиоптимальных цифровых алгоритмов каналов управления ГТД сложных схем // Вопросы автоматизации проектирования информационных и кибернетических систем: Межвуз. науч. сб. Уфа: УАИ, 1984. С. 49-54.

3. Мартьянова Т.С., Куликов Г.Г., Лянцев О.Д. Синтез комплексной цифровой квазиоптимальной МСАУ ГТД на переходных режимах с .учетом ограничений на параметры // Автоматическое регулирование двигателей летательных аппаратов: Тр. ЦИАМ. М.: ЦИАМ, 1984. № 1071, вып. 23. С. 38л3.

4. А.с. № 1371114 (СССР). Способ регулирования турбореактивного двигателя / Т.С. Мартьянова, Г.Г. Куликов, О.Д. Лянцев. 1985. Опубл. БИ № 15.

5. Мартьянова Т.С, Куликов Г.Г., Лянцев ОД. К вопросу построения квазиоптимального многосвязного алгоритма управления ГТД по квадратичному критерию на режимах разгона и стабилизации // Теория и проектирование систем автоматического управления и их элементов: Межвуз. науч. сб. Уфа: УАИ, 1986. С.10-16.

6. Лянцев О.Д. Расчет линейных цифровых фильтров методом наилучшей равномерной (чебышевской) аппроксимации // Теория и проектирование систем автоматического управления и их элементов: Межвуз. науч. сб. Уфа: УАИ, 1987. С.30-35.

7. Мартьянова Т.С, Куликов Г.Г., Лянцев ОД. Цифровое управление ТРД оптимальное по критерию Суд на крейсерских режимах полета // Автоматическое регулирование двигателей летательных аппаратов: Тр. ЦИАМ. М.: ЦИАМ, 1988. №1112, вып. 25. С. 77-82.

8. А.с. № 1588009 (СССР). Способ регулирования тяги турбореактивного двигателя / Т.С. Мартьянова, Г.Г. Куликов, О.Д. Лянцев. 1990.

9. А.с. № 1685048 (СССР). Система управления воздушным винтом турбовинтового двигателя / P.P. Еникеев , О.Д. Лянцев. 1991.

10. А.с. № 1807753 (СССР). Способ регулирования тяги турбореактивного двигателя / Г.Г. Куликов, О.Д. Лянцев. 1992.

11. Лянцев О.Д., Куликов Г.Г. Цифровой алгоритм оптимизации МСЛУ ГТД по критерию минимального удельного расхода топлива // Вопросы управления и проектирования в информационных и кибернетических системах: Межвуз. научн. сб. Уфа: УГАТУ, 1992. С. 80-86.

12. Лянцев О.Д. Цифровой алгоритм оптимизации МСАУ ТВВД по критерию минимального удельного расхода топлива // Вопросы управления и проектирования в информационных и кибернетических системах: Межвуз. научн. сб. Уфа: УГАТУ, 1993. С. 28-36.

13. IlaieHT РФ № 2014245. Система управления воздушными винтами тур-бовинтовентиляторного двигателя / О.Д. Лянцев, P.P. Еникеев. 1994.

14. Линцев О.Д. Алгоритм решения задачи квадратичного программирования в реальном масштабе времени для цифровых МСАУ ГТД // Принятие решений в условиях неопределенности: Межвуз. научн. сб. Уфа: УГАТУ, 1999. С. 274-279.

15. Лянцев О.Д. Метод проектирования цифровых МСАУ ГТД // Принятие решений в условиях неопределенности: Межвуз. научн. сб. Уфа: УГАТУ, 1999. С, 267-274.

16. Лянцев О.Д. Чувствительность цифровых систем управления ГТД к погрешностям исходных моделей // Управление в сложных системах. Научн. Изд. Уфа: УГАТУ, 1998. С. 147-152.

17. Лянцев О.Д. Многофункциональная 'цифровая система регулирования ТВВД // Управление в сложных системах. Науч. изд-е. Уфа: УГАТУ, 2001. С. 269276.

18. Лянцев О.Д. Метод определения дискретной модели ГТД в пространстве состояний // Вопросы управления и проектирования в информационных и кибернетических системах: Межвуз. научн. сб. Уфа: УГАТУ, 2001. С. 86-89.

19. Лянцев О.Д. Синтез нелинейных многосвязных систем управления газотурбинным двигателем методами математического программирования // Мехатро-ника, Автоматизация, Управление. М.: 2001. № 6. С. 16-20.

20. Лянцев О.Д. Синтез цифровых многосвязных систем управления ГТД методами нелинейного программирования. Уфа: Науч. изд-во ','Башэнциклопе-дия",2001.197с.

21. Лянцев О.Д. Цифровые многосвязные САУ ГТД, оптимальные по удельному расходу топлива. Уфа: Науч. изд-во "Башэнциклопедия", 2001.94 с.

22. Лянцев О.Д. Многофункциональная цифровая система управления ТРДД АИ-222 // Управление в сложных системах. Науч. изд-е. Уфа: УГАТУ, 2002. С.166-175.

23. Лянцев О. Д. Решение задачи оптимизации в реальном масштабе времени для цифровых оптимальных МСАУ ГТД // Мехатроника, Автоматизация, Управление. М.: 2002. № 6. С. 13-15.

24. Лянцев О.Д. Оперативная идентификация программ управления ТВВД, оптимальных по удельному расходу топлива // Идентификация систем и задачи управления: Тр. Второй Междунар. конф. SICPRO'2003. M.: ИПУ, 2003. С. 23152330.

25. Лянцев О.Д. Устойчивость цифровых многосвязных систем управления // Тр. Ин-та механики УНЦ РАН. Науч. изд-е. Уфа: Гилем, 2003. С. 308-318.

26. Лянцев О.Д. Многосвязная цифровая система управления реверсом ТВВД // Вопросы управления и проектирования в информационных и кибернетических системах: Межвуз. научн. сб. Уфа: УГАТУ, 2003. С. 41-46.

27. Лянцев О.Д. Методология синтеза цифровых многофункциональных САУ авиационными ГТД численными методами // Авиакосмическое приборостроение. М.: 2003. №12. С. 33-37.

28. Фатиков B.C., Лянцев ОД., Куликов Г.Г. и др. Динамическая характеристика соосного винтовентилятора на режимах реверса тяги для решения задач автоматического управления и контроля состояния // Авиационно-космическая техника и технология. Харьков, 2003. Вып. 6(41). С. 106-110.

29. Лянцев О.Д. Идентификация в реальном времени для системы управления ГТД, оптимальной по удельному расходу топлива // Идентификация систем и задачи управления: Тр. Второй Междунар. конф. SICPRO'2003. M.: ИПУ, 2003. С. 2330-2340. (На английском языке.)

30. Лянцев О.Д., Брейкин Т. В., Куликов Г.Г., Арьков В.Ю. Оперативная оптимизация САУ ГТД // Автоматика, 2003. Т. 39, №12, , С. 2115-2121. ISSN: 0005-1098. (На английском языке.)

31. Лянцев О.Д., Брейкин Т. В., Куликов Г.Г., Арьков В.Ю. Численный алгоритм оптимального многосвязного управления авиационными двигателями //Европейская конференция по управлению. Кембридж, Великобритания, 2003. С. 519-525. (На английском языке).

32. Лянцев О.Д. Оптимальное управление ГТД методами математического программирования (Глава 14) //Динамическое моделирование ГТД: Идентификация, моделирование, диагностика и оптимальное управление /Под ред. Г.Г. Куликова и Г. А. Томпсона. Шпрингер-Ферлаг, Лондон, 2004. С. 251-270. (На английском языке.)

33. Лянцев О.Д. Многосвязная цифровая система управления реверсом ТВВД // Идентификация систем и задачи управления: Тр. Третьей Междунар. конф. SICPRO'2004. M.: ИПУ, 2004. С. 1301-1309.

Диссертант

Лянцев О.Д.

ЛЯНЦЕВ Олег Дмитриевич

СИНТЕЗ ЦИФРОВЫХ НЕЛИНЕЙНЫХ ОПТИМАЛЬНЫХ

МНОГОФУНКЦИОНАЛЬНЫХ МНОГОСВЯЗНЫХ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ ГТД В РЕАЛЬНОМ ВРЕМЕНИ

Специальность 05.13.01 - Системный анализ, управление и обработка информации

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Подписано к печати 9.09.2004. Формат 60x84 1/16. Бумага писчая. Печать плоская, Усл. печ. л. 2,25. Усл. кр.-отт. 2,0. Уч.-изд. л. 2,0. Тираж 100 экз. Заказ №500. Бесплатно. Уфимский государственный авиационный технический университет Центр оперативной полиграфии УГАТУ 450000, Уфа-центр, ул. К.Маркса, 12

119793

РНБ Русский фонд

2005-4 17299

ОСНОВНЫЕ УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ

ОСНОВНЫЕ СОКРАЩЕНИЯ . б

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. РЕШЕНИЕ ПРОБЛЕМЫ ЦИФРОВОГО НЕЛИНЕЙНОГО ОПТИМАЛЬНОГО МНОГОСВЯЗНОГО УПРАВЛЕНИЯ ГТД НА ОСНОВЕ ФОРМИРОВАНИЯ И РЕШЕНИЯ ЗАДАЧИ ОПТИМИЗАЦИИ В РЕАЛЬНОМ ВРЕМЕНИ.

23

1.2. Обоснование применения численных методов оптимизации для синтеза нелинейных оптимальных МСАУ ГТД . 33

1.3. Формулировка цели и задач исследования. Математическая формулировка задачи оптимального управления для цифровой МСАУ ГТД как задачи оптимизации в реальном времени. 38

ВЫВОДЫ К ПЕРВОЙ ГЛАВЕ . 50

ГЛАВА 2. СИНТЕЗ ЦИФРОВЫХ МСАУ ГТД НА УСТАНОВИВШИХСЯ И ПЕРЕХОДНЫХ РЕЖИМАХ, ОПТИМАЛЬНЫХ ПО БЫСТРОДЕЙСТВИЮ В КЛАССЕ СИСТЕМ С МОНОТОННЫМИ ПЕРЕХОДНЫМИ ПРОЦЕССАМИ. 51

2.1. Дискретная модель ГТД, как объекта управления . 51

2.2. Метод синтеза цифровых нелинейных МСАУ ГТД, оптимальных по быстродействию в классе систем с монотонными переходными процессами. 55

2.3. Метод решения задачи оптимизации в реальном масштабе времени. 69

2.4. Метод расчета цифровых дифференцирующих и сглаживающих фильтров без фазовых искажений в рабочей полосе частот . . 81

2.5. Асимптотическая устойчивость цифровых МСАУ. Теоретическое исследование влияния параметров модели системы управления на устойчивость регулирования . 88

ВЫВОДЫ К ВТОРОЙ ГЛАВЕ . 99

ГЛАВА 3. ТЕХНИЧЕСКАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ МСАУ ГТД, ОПТИМАЛЬНЫХ ПО БЫСТРОДЕЙСТВИЮ В КЛАССЕ СИСТЕМ С МОНОТОННЫМИ ПЕРЕХОДНЫМИ ПРОЦЕССАМИ. 100

3.1. Динамический синтез и исследование линейной одномерной многофункциональной системы управления ТВВД . 100

3.2. Динамический синтез и исследование линейной двухмерной системы регулирования винтовентиляторов ТВВД Д-27 . 118

3.3. Динамический синтез и исследование нелинейной двухмерной многофункциональной цифровой системы регулирования ТРДДФ . 150

3.4. Динамический синтез и исследование трехмерной нелинейной многофункциональной МСАУ ТВВД Д-27 . 166

3.5. Экспериментальное исследование цифровых дифференцирующих фильтров . 192

ВЫВОДЫ К ТРЕТЬЕЙ ГЛАВЕ . 197

ГЛАВА 4. СИНТЕЗ И ТЕХНИЧЕСКАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ ЦИФРОВОЙ НЕЛИНЕЙНОЙ МСАУ ТРДДФ, ОПТИМАЛЬНОЙ ПО КРИТЕРИЮ МИНИМАЛЬНОГО УДЕЛЬНОГО РАСХОДА ТОПЛИВА . 201

4.1. Метод оптимизации МСАУ ТРДДФ по критерию минимального удельного расхода топлива . 201

4.2. Метод учета реальных характеристик двигателя . 213

4.3. Расчетно-экспериментальное исследование цифровой МСАУ ТРДДФ, оптимальной по критерию минимального удельного расхода топлива . 217

ВЫВОДЫ К ЧЕТВЕРТОЙ ГЛАВЕ . 226

ГЛАВА 5. СИНТЕЗ И ТЕХНИЧЕСКАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ ЦИФРОВОЙ НЕЛИНЕЙНОЙ МСАУ ТВВД, ОПТИМАЛЬНОЙ ПО КРИТЕРИЮ МИНИМАЛЬНОГО УДЕЛЬНОГО

РАСХОДА ТОПЛИВА . 228

5.1. Математическая формулировка задачи оптимального управления ТВВД по критерию минимального удельного расхода топлива, как задачи численной оптимизации и анализ возможных способов её решения . 228

5.2. Математическая модель объекта управления и анализ топологии целевой функции . 233

5.3. Метод определения оптимальных программных значений частот вращения винтовентиляторов в реальном времени . . . 237

5.4. Расчетно-экспериментальное исследование системы управления ТВВД Д-27, оптимальной по удельному расходу топлива. 244

ВЫВОДЫ К ПЯТОЙ ГЛАВЕ . 253

ГЛАВА б. СИНТЕЗ И ТЕХНИЧЕСКАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ ИНТЕГРАЛЬНОЙ СИСТЕМЫ АВТОМАТИЧЕСКОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ СКОРОСТИ ПОЛЕТА САМОЛЕТА, ОПТИМАЛЬНОЙ ПО КРИТЕРИЮ ТОПЛИВНОЙ ЭКОНОМИЧНОСТИ. 254

6.1. Математическая формулировка задачи интегрального управления заданной скоростью полета самолета с минимальным километровым расходом топлива, как задачи численной оптимизации в реальном времени . 254

6.2. Синтез и исследование многосвязной оптимальной системы интегрального управления скоростью полета летательного аппарата. 2 62

ВЫВОДЫ К ШЕСТОЙ ГЛАВЕ . 270

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ . 271

ЛИТЕРАТУРА. 274

ПРИЛОЖЕНИЕ 1. 296

ПРИЛОЖЕНИЕ 2. 299

ПРИЛОЖЕНИЕ 3. 302

ПРИЛОЖЕНИЕ 4. 308

ПРИЛОЖЕНИЕ 5. 310

ПРИЛОЖЕНИЕ 6. 315

ПРИЛОЖЕНИЕ 7. 319

ПРИЛОЖЕНИЕ 8. 322

ОСНОВНЫЕ УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ х - длительность периода управления

71 - степень повышения давления, число

Е - единичная матрица

F - площадь проходного сечения реактивного сопла

G - расход топлива

Н - высота полета

М - число Маха m - число независимых управляющих воздействий п - частота вращения, размерность модели'

Р - параметр преобразования Лапласа, давление

R - сила тяги, рассогласование t - время

Т - температура

W - передаточная функция

ОСНОВНЫЕ СОКРАЩЕНИЯ

АКОР - аналитическое конструирование оптимальных регуляторов

БЦВМ - бортовая цифровая вычислительная машина

ВВ - винтовентилятор

ГМЧ - гидромеханическая часть

ГТД - газотурбинный двигатель

ИМ - исполнительный механизм

КВОР - критерий взвешенной обобщенной работы

JIA - летательный аппарат

ЛАЧХ - логарифмическая амплитудно-частотная характеристика

ЛФХ - логарифмическая фазовая частотная характеристика

ММСАУ - многофункциональная многосвязная система автоматического управления

МНК - метод наименьших квадратов

МПФ - матричная передаточная функция

МСАУ - многосвязная система автоматического управления

РУД - рычаг управления двигателя

САР - система автоматического регулирования

САУ - система автоматического управления

ТВВД - турбовинтовентиляторный двигатель

ТРД - турбореактивный двигатель

ТРДЦФ - турбореактивный двухконтурный двигатель с форсажной камерой

ФОР - функционал обобщенной работы

ФЧХ - фазовая частотная характеристика

ШИМ - широтно-импульсная модуляция

ВВЕДЕНИЕ

Содержание и актуальность проблемы

В настоящее время требования научно-технического прогресса выдвигают на первый план создание систем управления, оптимально использующих на каждом режиме своего функционирования все имеющиеся ресурсы - энергетические, информационные, вычислительные и другие для достижения главной для этого режима цели при наличии множества ограничений [127] .

В полной мере это относится и к созданию систем управления для авиационных силовых установок, для которых в той или иной степени такие задачи решаются на стадии проектирования и для стадии наладки и эксплуатации выдаются готовые программные задающие воздействия, рассчитанные по теоретической модели объекта управления. Однако этот путь практически никогда не обеспечивал близости к подлинно оптимальному управлению. Дело в том, что проектировщики почти никогда не располагают информацией достаточной для оптимальных решений во всех ситуациях, которые могут иметь место в эксплуатации. Подлинная оптимизация возможна только в процессе функционирования системы, поскольку учитывает текущую обстановку и возникшую ситуацию. Поэтому оптимизация в "большом", по глобальным критериям, осуществляемая в реальном времени в процессе управления является центральной проблемой теории управления ГТД.

Современные методы и опыт построения систем управления ГТД берут свое начало в работах ученых таких ведущих научных школ как ЦИАМ (Ше-вяков А.А., Сиротин С.А., Мартьянова Т.С., Гуревич О.С., Добрянский Г.В.), ИПУ (Рутковский В.Ю., Землянов С.Д., Суханов В.М.), МАИ (Черкасов Б.А., Колпакова Н.П.), ХАИ (Епифанов С.В.,) УГАТУ (Гусев Ю.М., Ильясов Б.Г., Васильев В.И., Куликов Г.Г., Кабальнов Ю.С., Ефа-нов В.Н., Крымский В.Г.), ППУ (Августинович В.Г.), ЛИИ (Дедеш В.Т.) и многих других. В то же время многие аспекты синтеза САУ ГТД в реальном времени остаются недостаточно исследованными.

Авиационный газотурбинный двигатель, как объект управления, имеет ряд особенностей, которые определяют требования к управляющей части системы регулирования. Он представляет собой нелинейный нестационарный многомерный и многосвязный объект, поэтому для эффективного управления им необходимо использовать нелинейное оптимальное многосвязное управление, причем в алгоритме управления нелинейная модель двигателя и ограничения на скорость движения исполнительных органов и t величину управляющих воздействий должны присутствовать в явном виде. Без этого невозможно обеспечить предельные значения некоторых двигательных и эксплуатационных параметров (быстродействие переходных процессов, удельный расход топлива, ресурс и т.д.) и максимально использовать свойства двигателя.

При этом общая задача оптимизации управления статическими и переходными режимами двигателя может рассматриваться как состоящая из задачи определения оптимальных программ' управления и задачи их оптимальной реализации. Так как характеристики двигателей существенно различаются в пределах одной серии, а также меняются в эксплуатации, необходимо решать задачу оптимизации управления в реальном масштабе времени.

Другая особенность ГТД, как объекта управления, оказывающая влияние на формирование облика системы управления, его многорежим-ность. Каждый режим работы двигателя (взлетный, номинальный, силовой посадки и т.д.) характеризуется своей целью управления. Режимы работы ГТД меняются в ходе его эксплуатации и соответственно меняются цели управления. Формализовать эти цели в рамках единого постулируемого критерия оптимальности типа функционала обобщенной работы не представляется возможным из-за нерешенной проблемы выбора весовых коэффициентов подобных критериев в нелинейных системах. Для эффективного управления авиационным двигателем необходимо, чтобы структура и параметры критерия оптимальности наиболее адекватно отражали текущую цель управления. Изложенное обстоятельство приводит к необходимости формализовать меняющиеся во времени цели управления в виде критериев оптимальности, определять их структуру и параметры непосредственно в процессе функционирования системы. Целесообразно формировать критерии оптимальности в виде квадратичных целевых функций, что дает возможность в рамках единого подхода синтезировать системы управления оптимальные по различным "глобальным" критериям, а не только по точности управления.

Таким образом, решение центральной проблемы теории управления ГТД можно осуществить на пути системной интеграции методов формирования критериев оптимальности в реальном времени и методов решения в реальном времени сформированных оптимизационных задач.

Возможность создания таких методов объясняется тем, что в математическом плане практически любую задачу, стоящую перед системой управления можно сформулировать как задачу определения экстремума функции многих переменных и использовать для ее решения численные методы, как наиболее универсальный математический аппарат-.

Предлагаемый подход позволит с единых позиций решать задачи синтеза различных типов цифровых систем управления ГТД - линейных, нелинейных, экстремальных, многосвязных, оптимальных по различным критериям, интегральных и т.д., используя нелинейную модель двигателя, а также ограничения на величину управляющих воздействий и скорость движения исполнительных органов непосредственно в алгоритме управления. В практическом плане это поможет преодолеть присущую практической теории управления ГТД фрагментарность, когда различные классы регуляторов проектируются на основе своих научных подходов с характерным только для них математическим аппаратом, избежать автономного синтеза и анализа каждого канала регулирования, составляющего управляющую часть системы, что увеличивает сроки проектирования и вынуждает дополнительно изучать вопросы взаимодействия регуляторов в многофункциональных и в многосвязных системах.

Следовательно, решение проблемы повышения эффективности процессов управления ГТД на основе применения новых методов синтеза в реальном времени нелинейных многофункциональных многосвязных САУ (ММСАУ), оптимальных по глобальным критериям и с учетом реальных характеристик объекта управления позволяет повысить эффективность и качество управления, повысить ресурс и экономичность силовых установок за счет совершенствования САУ, проектируемых на базе полученных методов, уменьшить сроки и затраты на проектирование, что имеет важное народно-хозяйственное значение и является актуальным для авиадвигате-лестроения.

Цель работы

Целью диссертационной работы является разработка теоретических и методологических основ синтеза цифровых нелинейных оптимальных ММСАУ ГТД на основе формирования и решения задач оптимизации в реальном времени.

Задачи исследования

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

1. Разработка концепции синтеза в реальном времени нелинейных многофункциональных многосвязных оптимальных систем управления ГТД, обеспечивающих качественное и эффективное управление авиационными двигателями на переходных и статических режимах.

2. Разработка метода синтеза в реальном времени цифровых нелинейных многофункциональных многосвязных систем управления переходными режимами и режимами стабилизации ГТД, оптимальных по быстродействию в классе систем с монотонными переходными процессами.

3. Разработка метода синтеза нелинейных многосвязных систем управления ТРДЦ, осуществлявших в реальном времени оптимизацию закона управления по критерию минимального удельного расхода топлива с учетом индивидуальных характеристик двигателя и косвенным измерением тяги.

4. Разработка метода синтеза нелинейных многосвязных систем управления ТВВД, осуществляющих в реальном времени оптимизацию программ управления по критерию минимального удельного расхода топлива с учетом индивидуальных характеристик двигателя и прямым измерением тяги.

5. Разработка метода синтеза интегральных нелинейных многосвязных систем управления скоростью полета самолета, осуществляющих в реальном времени оптимизацию закона управления по критерию минимального километрового расхода топлива с учетом индивидуальных характеристик двигателя и динамики летательного аппарата.

6. Разработка на основе предложенных подходов систем управления на примерах ММСАУ для ГТД типичных конструктивных схем (ТРДДФ и ТВВД) и исследование их эффективности.

7. Реализация полученных теоретических результатов в виде методик, моделей и прикладных программ, предназначенных для проведения анализа и синтеза ММСАУ ГТД и JIA.

Методы исследования

При разработке теоретических положений диссертационной работы использованы положения теории автоматического управления авиационных силовых установок, теории цифровых систем автоматического управления, теории авиационных ГТД, теории оптимального управления, теория нелинейного программирования, методы теории линейной матричной алгебры, теории дифференциальных уравнений, теории идентификации, а также методы имитационного моделирования.

Расчетно-экспериментальные исследования проводились на упрощенных и полных нелинейных моделях двигателей РД-33, РД-ЗЗК, Д-27.

Экспериментальные исследования проводились на полунатурном стенде УНПП "Молния" с цифровыми САУ УВК-88, ЭСУ-21, ЭСУ-27; на моторных стендах предприятий МКБ "Союз", ЛНПО им. Климова, ЗМКБ "Прогресс"; самолетах МиГ-29 и АН-70.

На защ-ггу выносятся

1. Концепция построения нелинейных оптимальных ММСАУ ГТД, основанная на системной интеграции методов формирования комплексных локальных критериев оптимальности и методов определения вектора управляющих воздействий посредством решения задачи оптимизации на каждом шаге управления в процессе функционирования, что позволяет повысить эффективность и качество управления и синтезировать регуляторы различных классов в рамках единого методологического подхода.

2. Метод синтеза многосвязных многофункциональных систем управления ГТД, основанный на использовании нелинейных моделей объекта управления заданного порядка и ограничений на величину и скорость изменения управляющих воздействий непосредственно в алгоритме управления и на использовании информации о скорости изменения всех переменных состояния объекта управления для реализации регуляторов, что позволяет полностью реализовать динамические возможности двигателя и гидромеханической части.

3. Метод определения вектора управляющих воздействий обеспечивающий асимптотическую устойчивость и оптимальность управления по быстродействию в классе систем с монотонными переходными процессами по регулируемым двигательным параметрам, что позволило реализовать автономность управления по нескольким задающим воздействиям и грубость системы к внешним и параметрическим возмущениям.

4. Метод синтеза систем оптимального управления ТРДЦФ по критерию минимального удельного расхода топлива, основанный на формировании в реальном времени комплексного локального критерия оптимальности в виде квадратичной целевой функции, учитывающей как отклонение текущего режима двигателя от режима с минимальным удельным расходом топлива, так и отклонение текущего значения тяги от требуемого значения, и на способе учета индивидуальных характеристик двигателя, что позволило значительно повысить эффективность и качество управления.

5. Метод определения в реальном времени программ управления ТВВД с соосными винтами, оптимальных по критерию минимального удельного расхода топлива, основанный на использовании метода нелинейного программирования для решения задачи оптимизации, что позволило определять оптимальные задающие воздействия по нескольким двигательным параметрам и учитывать реальные характеристики двигателей .

6. Метод синтеза и оптимизации в реальном времени интегральной системы управления скоростью полета самолета по критерию минимального километрового расхода топлива основанный на формировании на каждом шаге управления комплексного критерия оптимальности в виде квадратичной целевой функции, учитывающей как отклонение текущего режима двигателя от режима с минимальным удельным расходом топлива, так и отклонение от требуемого значения скорости полета самолета, и способ учета индивидуальных характеристик двигателя, что позволило обеспечить высокие качественные показатели САУ.

7. Методики, модели и прикладные программы, предназначенные для проведения анализа и синтеза ММСАУ ГТД и JIA и результаты исследования эффективности предложенных методик на примерах разработанных ММСАУ для ГТД типичных конструктивных схем (ТРДДФ и ТВВД) .

Обоснованность и достоверность результатов

Обоснованность результатов диссертационной работы основывается на использовании признанных научных положений, апробированных методов и средств исследования, подтверждается корректным применением математического аппарата, согласованием новых результатов с известными теоретическими положениями.

Достоверность результатов подтверждается согласованностью экспериментальных данных и научных выводов, результатами имитационного моделирования и результатами полунатурных, натурных и летных испытаний. Достоверность экспериментальных данных обеспечивается использованием современных средств и методик проведения исследования .

Научная новизна результатов

1. Новизна концепции построения нелинейных оптимальных ММСАУ ГТД заключается в системной интеграции методов формирования локальных комплексных критериев оптимальности и методов определения вектора управляющих воздействий посредством решения задачи оптимизации на каждом шаге управления в процессе функционирования, что позволяет повысить эффективность и качество управления и синтезировать регуляторы различных классов в рамках единого методологического подхода.

2. Новизна предлагаемого метода синтеза многосвязных многофункциональных систем управления переходными режимами и режимами стабилизации ГТД основана на использовании нелинейных моделей объекта управления заданного порядка и ограничений на величину и скорость изменения управляющих воздействий непосредственно в алгоритме управления и на использовании величин скоростей изменения всех переменных состояния объекта управления для реализации регуляторов, что позволяет эффективно реализовать динамические возможности двигателя и гидромеханической части.

3. Новизна разработанного метода определения вектора управляющих воздействий заключается в обеспечении асимптотической устойчивости и оптимальности управления по быстродействию в классе систем с монотонными переходными процессами по регулируемым двигательным параметрам, что позволило реализовать автономность управления по нескольким задающим воздействиям и грубость системы к внешним и параметрическим возмущениям.

4.' Новизна метода синтеза системы оптимального управления ТРДЦФ по критерию минимального удельного расхода топлива основана на формировании в реальном времени локального комплексного критерия оптимальности в виде квадратичной целевой функции, учитывающей как отклонение текущего режима двигателя от режима с минимальным удельным расходом топлива, так и отклонение текущего значения тяги от требуемого значения, и на способе учета индивидуальных характеристик двигателя, что позволило значительно повысить эффективность и качество управления.

5. Новизна метода определения программ управления ТВВД с соосными винтами, оптимальных по критерию минимального удельного расхода топлива, заключается в использовании метода нелинейного программирования для решения задачи оптимизации в реальном времени, что позволяет определять оптимальные задающие воздействия по нескольким двигательным параметрам и учитывать реальные характеристики двигателей.

6. Новизна метода синтеза и оптимизации интегральной системы управления скоростью полета самолета по критерию минимального километрового расхода топлива основана на формировании на каждом шаге управления локального комплексного критерия оптимальности в виде квадратичной целевой функции, учитывающей как отклонение текущего режима двигателя от режима с минимальным удельным расходом топлива, так и отклонение от требуемого значения скорости полета самолета, и в способе учета индивидуальных характеристик двигателя, что позволило обеспечить высокие качественные показатели САУ.

Новизна предложенных технических решений защищена 4 авторскими свидетельствами СССР и одним патентом РФ.

Практическая ценность и внедрение результатов

Практическую значимость имеют:

1. Разработанная методология построения цифровых систем многофункционального многосвязного оптимального управления ГТД обеспечивает повышение эффективности процессов управления за счет интеграции метода временной дискретизации модели объекта управления и методов формирования локальных комплексных критериев оптимальности и решения задачи оптимизации в процессе функционирования системы управления.

2. Разработанная инженерная методика построения цифровых систем многофункционального многосвязного оптимального управления ГТД, позволяет значительно сократить время и затраты на проектирование и доводку САУ за счет применения формализованной процедуры синтеза и обеспечения грубости системы в широком диапазоне изменения режимов работы и условий полета.

3. Разработанный метод расчета дискретной модели объекта управления позволяет получать цифровые модели из непрерывных моделей без искажения их динамических характеристик в широком диапазоне частоты квантования, что позволяет существенно сократить затраты вычислительных ресурсов на реализацию нелинейных быстросчетных моделей силовых установок в ЭВМ.

4. Разработанные нелинейные оптимальные многофункциональные цифровые системы управления для ГТД различных конструктивных схем (РД-33, РД-ЗЗК, Д-27, АИ-222), позволяют существенно улучшить качественные и эксплуатационные характеристики указанных двигателей по сравнению со штатными САУ.

5. Разработанное алгоритмическое и программное обеспечение, реализованные в виде программных модулей для персональной ЭВМ, позволяют автоматизировать основные этапы предлагаемых методик анализа и синтеза САУ ГТД различных классов.

Результаты диссертационной работы внедрены на предприятиях УНПП «Молния», ЗМКБ «Прогресс» и АНТК им. O.K. Антонова.

Основания для выполнения работы

Актуальность и практическая ценность поставленных задач подтверждается также тем, что они являются частью проблем, включенных в план научно-исследовательских работ по программе "Анализ и синтез нелинейных алгоритмов управления сложными техническими объектами" на 1995-2000 г.г. Министерства науки, промышленности и технологий Российской Федерации по проблеме "Разработка многофункциональных многосвязных систем управления силовыми установками". Поставленные задачи также являются частью работ по проблеме повышения качественных характеристик силовых установок самолетов, координируемых Российским авиационно-космическим агентством (Решение Проблемного совета Росавиакосмоса № 2А от 27.09.00). Работа выполнялась также в рамках международного гранта INTAS-2000-757 "Интеллектуальный адаптивный контроль состояния ГТД на основе марковских моделей", в рамках гранта РФФИ 02-01-97916 "Математические модели нелинейных МСАУ сложными динамическими объектами" и федеральной целевой программы "Интеграция" в 1998-2002 г.г. Кроме того, работа выполнялась в соответствии с рядом научно-исследовательских хоздоговорных работ по заказу предприятий НПФ "Темпавиа", УНПП "Молния", ЗМКБ "Прогресс", АНТК им. O.K. Антонова.

Апробация работы и публикации

Основные положения и результаты работы докладывались и обсуждались на:

- 5-й отраслевой научно-технической конференции, ЦИАМ, г. Москва, 1986 г.;

- Всесоюзном семинаре "Автоматика и регулирование силовых установок JIA", МАИ, г. Москва, 1987 г.

- 8-й межотраслевой научно-технической конференции по системам автоматического управления и топливопитания силовых установок с ГТД, ЦИАМ, г. Москва, 1988 г.

- 2-й Всесоюзной научно-технической конференции "Системы автоматического управления летательными аппаратами", МАИ, г. Москва, 1988 г.

- 2-м Международном Конгрессе "Нелинейный Динамический Анализ (NDA'2)". 3-8 июня 2002 г. Москва, МАИ.

- 2-й Международной конференции "Идентификация систем и задачи управления (SICPR0103)". 29-31 января 2003 г. Москва, ИПУ.

- Двенадцатой Международной конференции по вычислительной механике и современным прикладным программным системам. Владимир, 30 июня - 5 июля 2003 г.

- Европейской Конференции по управлению. Великобритания, Кембридж, 1-4 сентября 2003 г.

- 3-й Международной конференции "Идентификация систем и задачи управления (SICPRO'04)". 28-30 января 2004 г., ИЛУ, г. Москва.

- научно-технических советах отделения 500 ЦИАМ в 1984 - 1989 г.г.;

- научно-технических семинарах Института Механики УНЦ РАН в

1999 - 2001 г.г.;

- научно-технических семинарах кафедр "Техническая кибернетика" и "Автоматизированные системы управления" УГАТУ в 1986 - 2004 г.г.

По результатам выполненных исследований опубликовано более 40 работ, в том числе 3 монографии, выпущено 8 научно-технических отчетов, получено 5 авторских свидетельств и патентов на изобретение.

Структура и содержание работы

Диссертация состоит из введения, шести глав основного материала, библиографического списка и приложения, содержит 273 страниц машинописного текста без библиографического списка и приложения, кроме того, содержит 77 страниц иллюстративно-табличных мате

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

1. Разработана концепция построения нелинейных оптимальных ММСАУ ГТД, основанная на системной интеграции методов формирования комплексных локальных критериев оптимальности и методов определения вектора управляющих воздействий посредством решения задачи оптимизации на каждом шаге управления в процессе функционирования, что позволяет повысить эффективность и качество управления и синтезировать регуляторы различных классов в рамках единого методологического подхода.

2. Предложен метод синтеза многосвязных - многофункциональных систем управления ГТД, основанный на использовании нелинейных моделей объекта управления заданного порядка и ограничений на величину и скорость изменения управляющих воздействий непосредственно в алгоритме управления и на использовании информации о скорости изменения всех переменных состояния объекта управления для реализации регуляторов, что позволяет полностью реализовать динамические возможности двигателя и гидромеханической части.

3. Разработан метод определения вектора управляющих воздействий, обеспечивающий асимптотическую устойчивость и оптимальность управления по быстродействию в классе систем с монотонными переходными процессами по регулируемым двигательным параметрам, что позволяет реализовать автономность управления по нескольким задающим воздействиям и грубость системы к внешним и параметрическим возмущениям.

4. Разработан метод синтеза систем оптимального управления ТРДДФ по критерию минимального удельного расхода топлива, основанный на формировании в реальном времени комплексного локального критерия оптимальности в виде квадратичной целевой функции, учитывающей как отклонение текущего режима двигателя от режима с минимальным удельным расходом топлива, так и отклонение текущего значения тяги от требуемого значения, и на способе учета индивидуальных характеристик двигателя, что позволило значительно повысить эффективность и качество управления.

5. Предложен метод определения программ управления ТВВД с со-осными винтами, оптимальных по критерию минимального удельного расхода топлива, основанный на использовании метода нелинейного программирования для решения задачи оптимизации в реальном времени, что позволило определять оптимальные задающие воздействия по нескольким двигательным параметрам и учитывать реальные характеристики двигателей.

6. Разработан метод синтеза интегральной системы управления скоростью полета самолета, оптимальной по критерию минимального километрового расхода топлива. Метод основан на формировании на каждом шаге управления комплексного критерия оптимальности в виде квадратичной целевой функции, учитывающей как отклонение текущего режима двигателя от режима с минимальным удельным расходом топлива, так и отклонение от требуемого значения скорости полета самолета, и на способе учета индивидуальных характеристик двигателя, что позволило обеспечить высокие качественные показатели САУ.

7. Предложены методики, модели и прикладные программы, предназначенные для проведения анализа и синтеза ММСАУ ГТД и JIA. На их основе проведен синтез линейных и нелинейных многофункциональных МСАУ для двигателей РД-33, РД-ЗЗК, Д-27 оптимальных по быстродействию в классе систем с монотонными переходными процессами, а также расчетно-экспериментальное и экспериментальное исследование этих систем, подтверждающее их эффективность. Так, синтезированная цифровая система нелинейного оптимального многосвязного управления ТРДДФ РД-33 обеспечивает время регулирования 0,2 с (в штатной системе 1 с), статическую точность ограничения температуры газов за турбиной 0,9 К и статическую точность регулирования частоты вращения вентилятора 0,07% (в штатной системе 2,5 К и 0,35% соответственно) . На основе разработанных теоретических положений проведен синтез и расчетно-экспериментальное исследование нелинейной МСАУ ТРДЦФ РД-ЗЗК, оптимальной по удельному расходу топлива. Синтезированная МСАУ РД-ЗЗК на крейсерском режиме обеспечивает выход на оптимальный режим по удельному расходу топлива за t = 40 с с погрешностью 0,08%. На дроссельном режиме (77% от максимального бесфорсажного) уменьшение удельного расхода топлива составило 0,7% относительно штатной настройки. Время регулирования двигательных параметров на установившемся режиме не превышает 1 с. Проведен синтез и расчетно-экспериментальное исследование системы управления ТВВД Д-27, в процессе функционирования которой определяются программные значения частот вращения винтовентиляторов, обеспечивающие минимальный расход топлива при заданной тяге. Синтезированная система обеспечивает монотонность переходных процессов и уменьшение расхода топлива на крейсерском режиме полета (№=11 км, М=0,1) на 2,3% по сравнению со штатной системой ЭСУ-27. Время выхода на оптимальный режим составляет 30 секунд. Проведен синтез и расчетно-экспериментальное исследование интегральной МСАУ, обеспечивающей регулирование скорости полета J1A с минимальным километровым расходом топлива и монотонность переходных процессов. Минимальное время выхода на оптимальный режим составило 7 с при весовом коэффициенте Их = 50. Время переходного процесса при парировании порыва ветра в 1% изменялось от 1,7 с до 20 с при изменении параметра от 16 до 250.

1.A.c. № 1371114 (СССР) Способ регулирования турбореактивного двигателя /Мартьянова Т.С., Куликов Г.Г., Лянцев О.Д. 1985. Опубл. БИ № 15, 1985.

2. А.с. № 1588009 (СССР) Способ регулирования тяги турбореактивного двигателя /Мартьянова Т.С., Куликов Г.Г., Лянцев О.Д. 1990.

3. А.с. № 1685048 (СССР) Система управления воздушным винтом турбовинтового двигателя /Еникеев P.P., Лянцев О.Д. 1991.

4. А.с. № 1807753 (СССР) Способ регулирования тяги турбореактивного двигателя /Куликов Г.Г., Лянцев О.Д. 1992.

5. А.с. № 500685 (СССР) Устройство для косвенного измерения тяги турбореактивного двигателя / Борщанский В.М. 1974.

6. Адаптивные системы управления газотурбинными двигателями летательных аппаратов / В.Ю. Рутковский, Б.Г. Ильясов, Ю.С. Ка-бальнов и др. М.: Издательство МАИ, 1994. - 224 с.

7. Александров А.Г. Синтез регуляторов многомерных систем.-М.: Машиностроение, 1986. 272 с.

8. Анализ и оптимальный синтез на ЭВМ систем управления/ Под. ред. А.А. Воронова. М.: Наука,1984. - 344 с.

9. Анализ оптимальных характеристик и систем экстремального управления силовыми установками транспортных самолетов. /Т.С.Мартьянова, 0.Д.Лянцев и др.//Техн. отчет/ ЦИАМ, № 11/10 М.: 1987.

10. Андриевский Б. Р., Фрадков А. Л. Избранные главы теории автоматического управления. СПб.: Наука, 1999. - 467 с.

11. Батищев Д.И. Методы оптимального проектирования. М. : Радио и связь, 1984. 248 с.

12. Бахвалов Н.С., Жидков Н.П., Кобельков Г.М. Численные методы: Учеб. пособие. М.: Наука. Гл. ред. физ.-мат. лит., 1987.600 с.

13. Бесекерский В.А., Изранцев В.В. Системы автоматического управления с микроэвм. М.: Наука, Гл. ред. Физ.-мат. лит., 1987. - 320 с.

14. Боднер В.А., Рязанов Ю.А., Шаймарданов Ф.А. Системы автоматического управления двигателями летательных аппаратов. М.: Машиностроение, 1973. - 247 с.

15. Болтянский В.Г. Оптимальное управление дискретными системами. М.: Наука, 1973. 446 с.

16. Буков В.Н. Адаптивные прогнозирующие системы управления полетом. М.: Наука, Гл.ред.физ.- мат.лит., 1987. - 232 с.

17. Васильев В.И., Шаймарданов Ф.А. Синтез многосвязных автоматических систем методом порядкового отображения. М.: Наука, 1983. 226 с.

18. Васильев Ф.П. Численные методы решения экстремальных задач. М.: Наука. 1980. 518 с.

19. Васильев В.И., Валеев С.С., Шилоносов А.А. Интеллектуальная система автоматического управления газотурбинным двигателем. Труды международной конференции "Идентификация систем и задачи управления", ИЛУ РАН, Москва, 2000. с. 1404-1410.

20. Венгеров А.А., Щаренский В.А. Прикладные вопросы оптимальной линейной фильтрации. М.: Энергоиздат, 1982. - 246 с.

21. Востряков Ю.Л. Бирюков А.В., Шаймарданов Ф.А. Некоторые вопросы синтеза МСАР. В сб. Электронные узлы систем контроля и управления летательных аппаратов. Труды УАИ, № 51, 1974.

22. Гайсинский С.Я., Дятлов В.В. и др. Разработка оптимальных законов и структуры цифровых САУ для ТВВД и ТВД. ЦИАМ, Техн. отчет № 11281, 1989 г.

23. Гольденберг JI.M., Матюшкин Б.Д., Поляк М.Н. Цифровая обработка сигналов. /Справочник/ М.: Радио и связь, 1985. -312 с.

24. Гостев В.И., Гусовский С.В. Расчет и оптимизация систем с конечным временем съема данных. Киев, Техника, 1985. 152 с.

25. Гуревич О.С., Гольдберг Ф.Д., Селиванов О.Д. Интегрированное управление силовой установкой многорежимного самолета. М.: Машиностроение, 1994. 304 с.

26. Гуревич О.С. Управление авиационными газотурбинными двигателями. М. : Изд-во ММ, 2000.

27. Гуськов О.П., Загайнов Г.И. Управление полетом самолетов. М.: Машиностроение, 1980, 213 с.

28. Гутер Р.С. Овчинский Б.В. Элементы численного анализа и математической обработки результатов опыта. М.: 1970. 432 с.

29. Дейч A.M. Методы идентификации динамических объектов. -М.: Энергия,1979. 240 с.

30. Деревицкий Д.П., Фрадков А.Л. Прикладная теория дискретных адаптивных систем управления. М.: Наука, 1981. - 216 с.

31. Дидук Г.А. Машинные методы исследования автоматических систем. Л.: Энергоатомиздат, 1983. - 176 с.

32. Дискретные нелинейные системы. Под ред. Топчиева Ю.И. -М.: Машиностроение. 1982. 311 с.

33. Добрянский Г.В., Мартьянова Т.С. Динамика авиационных ГТД. М.: Машиностроение, 1989. - 240 с.

34. Дорф Р. Современные системы управления. М.: Лаборатория Базовых Знаний. 2002.

35. Жаньбо Ян, Яншань Гуань. Оптимальное интегральное управление сверхзвуковым воздухозаборником и турбореактивным двигателем // Аэрокосмическая техника. 1988. - № 12. - с.12 - 17.

36. Жданов А.К., Боев Б.В., Козлов И.Н. Исследование эффективности сглаживания случайных помех и возмущений некоторых типов цифровых фильтров гидроэлектронных САУ ГТД с БЦВМ: Техн. отчет ЛИИ. 1980. - 676-80 III.

37. Идентификация системы управления авиационных газотурбинных двигателей /Августинович В.Г. и др. Под ред. В.Т. Дедеша. -М.: Машиностроение, 1984. 200 с.

38. Изерман Р. Цифровые системы управления: Пер. с англ. -М.: Мир, 1984. 541 с.

39. Иностранные авиационные газотурбинные двигатели (по данным иностранной печати) /Под ред. Г.В. Скворцова М., ЦИАМ, 1984. - 232 с.

40. Интегральные системы автоматического управления силовыми установками самолетов / Под ред. А.А. Шевякова. М.: Машиностроение. 1983. - 283 с.

41. Использование линейно-квадратичных методов синтеза (LQR) при проектировании САУ вертолетного ГТД. В сб. Новости зарубежной науки и техники. Серия "Авиационное двигателестроение" № 5, 1986.

42. К вопросу синтеза цифровых САУ. /Кабальнов С.С., Каминский П.Л., Какмова З.М., Мунасыпов Р.А./ Межвуз. науч. сб. Теория и проектирование систем автоматического управления и их элементов. Уфа, 1986, с.19-23.

43. К выбору законов оптимизации режимов работы ТВВД. Гайсин-ский С.Я., Караваев И.В. // В кн.: Автоматическое регулирование двигателей летательных аппаратов. Сб. ст. вып. 26 / Под редакцией Ф.Н. Олифирова, 1990, с.40-50.-(Труды ЦИАМ; № 1263).

44. Квакернаак X. Сиван Р. Линейные оптимальные системы управления: Пер. с англ. М.: Мир, 1977. - 650 с.

45. Косякин А.А., Шамриков Б.М. Колебания в цифровых автоматических системах. М.: Наука, 1983. - 336 с.

46. Красовский А.А. Аналитическое конструирование контуров управления летательными аппаратами. М.: Машиностроение, 1965. -314 с.

47. Кунцевич В.М., Лычак М.М. Синтез систем автоматического управления с помощью функций Ляпунова. М.: Наука. 1977.- 400 с.

48. Куо Б. Теория и проектирование цифровых систем управления: Пер с англ. М.: Машиностроение, 1986. - 448 с.

49. Куропаткин П.В. Оптимальные и адаптивные системы: Учеб. пособие для вузов. М.: Высш. школа, 1980. - 287 с.

50. Кюнци Г.П., Крелле В. Нелинейное программирование: Пер с нем. М.: Сов. радио, 1965. - 303 с.

51. Ланс Дж.Н. Численные методы для быстродействующих вычислительных машин. Пер. с англ. М.: Иностр. литер. 1962. 208 с.

52. Летов A.M. Динамика и управление. М.: Наука. 1979. 360с.

53. Литвинов С.А., Боровик В.0. Характеристики и эксплуатационные свойства авиационных турбореактивных двигателей. М.: Машиностроение, 1979. - 288 с.

54. Лэм Г. Аналоговые и цифровые фильтры. Расчет и реализация. Пер с англ. М.: Мир, 1982. 592 с.

55. Любомудров Ю.В. Применение теории подобия при проектировании систем управления ГТД.- М.: Машиностроение, 1971.- 200 с.

56. Лянцев О.Д. Алгоритм решения задачи квадратичного программирования в реальном масштабе времени для цифровых МСАУ ГТД. Принятие решений в условиях неопределенности: Межвуз. научн. сб.-Уфа: УГАТУ, 1999. С. 274-279.

57. Лянцев О.Д. К вопросу проектирования квазиоптимальных цифровых алгоритмов каналов управления ГТД сложных схем. // Вопросы автоматизации проектирования информационных и кибернетических систем: Межвуз. науч. сб., Уфа: УАИ, 1984. С. 49-56.

58. Лянцев О.Д. Метод определения дискретной модели ГТД в пространстве состояний. // Вопросы управления и проектирования в информационных и кибернетических системах: Межвуз. научн. сб., -Уфа: УГАТУ, 2001. С. 86-89.

59. Лянцев О.Д. Метод проектирования цифровых МСАУ ГТД. // Принятие решений в условиях неопределенности: Межвуз. научн. сб., Уфа: УГАТУ, 1999. С. 267-274.

60. Лянцев О.Д. Многофункциональная цифровая система регулирования ТВВД. // Управление в сложных системах. Научное издание. -Уфа: УГАТУ, 2001. С. 269-276.

61. Лянцев О.Д. Расчет линейных цифровых фильтров методом наилучшей равномерной (чебышевской) аппроксимации. // Теория и проектирование систем автоматического управления и их элементов: Межвуз. науч. сб., Уфа: УАИ, 1987. С. 30-35.

62. Лянцев О.Д. Цифровые алгоритмы оптимального многосвязного управления ГТД, построенные на основе методов математического программирования. Автореф. дис. канд. техн. наук //Уфимск. авиац. инт. Уфа, 1989. - 23 с.

63. Лянцев О.Д. Цифровые алгоритмы оптимального многосвязного управления ГТД, построенные на основе методов математического программирования. Дисс. канд. техн. наук. 1989. 241 с.

64. Лянцев О.Д. Цифровой алгоритм оптимизации МСАУ ТВВД по критерию минимального удельного расхода топлива. // Вопросы управления и проектирования в информационных и кибернетических системах: Межвуз. научн. сб., Уфа: УГАТУ, 1993. С. 28-36.

65. Лянцев О.Д. Чувствительность цифровых систем управления ГТД к погрешностям исходных моделей. // Управление в сложных системах. Научное издание. Уфа: УГАТУ, 1998. С. 147-152.

66. Лянцев О.Д. Устойчивость цифровых многосвязных систем управления. // Тр. Института механики УНЦ РАН. Научное издание. Уфа: Гилем, 2003. С. 308-318.

67. Лянцев О.Д. Синтез нелинейных многосвязных систем управления газотурбинным двигателем методами математического программирования. // Журнал МЕХАТРОНИКА, АВТОМАТИЗАЦИЯ, УПРАВЛЕНИЕ. М.: 2001. № б, С. 16-20.

68. Лянцев О.Д. Синтез цифровых многосвязных систем управления ГТД методами нелинейного программирования. Уфа: Научное издательство "Башэнциклопедия", 2001. - 197 с.

69. Лянцев О.Д. Цифровые многосвязные САУ ГТД, оптимальные по удельному расходу топлива. Уфа: Научное издательство "Башэнциклопедия", 2001. - 94 с.

70. Лянцев О.Д., Куликов Г.Г. Цифровой алгоритм оптимизации МСАУ ГТД по критерию минимального удельного расхода топлива. // Вопросы управления и проектирования в информационных и кибернетических системах: Межвуз. научн. сб., Уфа: УГАТУ, 1992. С. 80-86.

71. Лянцев О.Д., Еникеев P.P. Система управления воздушными винтами турбовинтовентиляторного двигателя. Патент РФ, № 2014245, 1994.

72. Лянцев О.Д. Нелинейное многосвязное управление авиационными ГТД. Тезисы докладов Второго Международного Конгресса "Нелинейный динамический анализ (NDA'2)", 3-8 июня 2002, Москва, МАИ.

73. Лянцев О.Д. Многофункциональная цифровая система управления ТРДЦ АИ-222. Управление в сложных системах. Научное издание. УГАТУ, Уфа, 2002. С. 166-175.

74. Лянцев О.Д. Решение задачи оптимизации в реальном масштабе времени для. цифровых оптимальных МСАУ ГТД. МЕХАТРОНИКА, АВТОМАТИЗАЦИЯ, УПРАВЛЕНИЕ, № 6, 2002. С. 13-15.

75. Лянцев О.Д. Оперативная идентификация программ управления ТВВД, оптимальных по удельному расходу топлива. Труды II Международной конференции "Идентификация систем и задачи управления (SICPR0103)". 29-31 января 2003, Москва, ИПУ. С. 2315-2330.

76. Лянцев О.Д. Цифровой синтез многофункциональной САУ ТРДЦ. Тезисы докладов XII Международной конференции по вычислительной механике и современным прикладным программным системам. Владимир, 30 июня 5 июля 2003, М.: Изд-во МАИ, 2003,- 2 т. С. 442-443.

77. Лянцев О.Д. Многосвязная цифровая система управления реверсом ТВВД. // Вопросы управления и проектирования в информационных и кибернетических системах. Межвуз. научн. сб.- Уфа: УГАТУ, 2003. С. 80-86.

78. Лянцев О.Д. Методология синтеза цифровых многофункциональных САУ авиационными ГТД численными методами. Авиакосмическое приборостроение. №12, 2003. С. 33-37.

79. Лянцев О.Д., Брейкин Т.В., Куликов Г.Г., Арьков В.Ю. Оперативная оптимизация САУ ГТД. // Автоматика, т. 39, №12, 2003, С. 2115 2121. ISSN: 0005-1098. (на английском языке).

80. Лянцев О.Д., Брейкин Т.В., Куликов Г.Г., Арьков В.Ю. Численный алгоритм оптимального многосвязного управления авиационными двигателями. // Европейская конференция по управлению. Кембридж, Великобритания, 2003, С. 519 525. (на английском языке).

81. Лянцев О.Д., Брейкин Т.В., Куликов Г.Г., Арьков В.Ю. Оптимальное многомерное управление газотурбинными двигателями. // Международный журнал Системных Наук, т. 35, №2, 2004, С. 79 86. (на английском языке) .

82. Лянцев О.Д. Многосвязная цифровая система управления реверсом ТВВД. // Идентификация систем и задачи управления: Тр. Третьей Междунар. конф. SICPR042004'. М.: ИПУ, 2004. С. 2301 - 2309.

83. Мартьянова Т.С., Куликов Г.Г., Лянцев О.Д. Цифровое управление ТРД, оптимальное по критерию Суд на крейсерских режимах полета. // Автоматическое регулирование двигателей летательных аппаратов: Тр. ЦИАМ. М. : ЦИАМ, 1988. № 1112, вып.25. С.77-82.

84. Мартьянова Т.С., Обрубова Э.Н., Ширяева А.Е. Программа расчета коэффициентов многорежимной упрощенной модели многовально-го ТРДД. ЦИАМ, 1977. Техн. справка 8306.

85. Мееров М.В. Исследование и оптимизация многосвязных систем управления. М.: Наука,1986. - 234 с.

86. Методы синтеза нелинейных систем автоматического управления. Под ред. Федорова С.М. М.: Машиностроение. 1970. -415 с.

87. Методы классической и современной теории управления. Учебник в 3-х т. Т.З: Методы современной теории автоматического управления /Под ред. Н.Д. Егупова, М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2000. 748 с.

88. Методы робастного, нейро-нечеткого и адаптивного управления: Учебник /Под ред. Н.Д. Егупова; М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2002. 744 с.

89. Мирошник И.В., Никифорцев В.О., Фрадков А.Л. Нелинейное и адаптивное управление сложными динамическими системами. СПб. : Наука, 2000. - 549 с.

90. Мита Ц., Хара С., Кондо Р. Введение в цифровое управление: Пер. с японск. М.: Мир, 1994. - 256 с.

91. Научный вклад в создание авиационных двигателей. В двух книгах. /Под общей научной редакцией В.А. Скибина и В.И. Солонина. -М.: Машиностроение. 2000.- 725 с.

92. Нейрокомпьютеры в авиации (самолеты) /Под ред. В.И. Васильева, Б.Г. Ильясова, С.Т. Кусимова. Кн. 14: Учеб. пособие для вузов. М.: Радиотехника, 2003. -496 с. (Научная серия "Нейрокомпьютеры и их применение", редактор А.И. Галушкин).

93. Олссон Г., Пиани Д. Цифровые системы автоматизации и управления. СПб.: Невский Диалект, 2001. - 557 с.

94. Оптимизация многомерных систем управления газотурбинных двигателей летательных аппаратов / А.А. Шевяков, Т.С. Мартьянова, В.Ю. Рутковский и др.; Под общей ред. А. А. Шевякова и Т.С. Мартьяновой. М.: Машиностроение. 1989. - 256 с.

95. Опыт разработки цифровой электронной системы управления (DEEC)// Новости зарубежной науки и техники. Серия "Авиационное двигателестроение". 1986. - 5.

96. Основы теории многосвязных систем автоматического управления летательными аппаратами: Учебн. Пособие /Бабак С.Ф., Васильев В.И., Ильясов Б.Г. и др. под ред. проф. М.Н. Красилыцикова. -М. : МАИ, 1995. 288 с.

97. Панкратов Е.А. Пути развития и методы совершенствования электрических систем автоматического управления авиадвигателей за рубежом/ Ин-т истор. естествозн. и техн. АН СССР. М., 19*80. - 26 с. - Деп. в ВИНИТИ 17.07.80. 3873.

98. Первые результаты летных испытаний ТРДДФ Пратт-Уитни F-100EMD на самолете F-15 /Новости зарубежной науки и техники: Серия авиационное двигателестроение. 1986. - 5.

99. Перельман В.И. Оптимизация многомерных систем автоматического управления ГТД с учетом требований к индивидуальным характеристикам подсистем: Дисс. канд. техн. наук. Уфа, 1986. - 146 с.

100. Петров Б.Н. Теория автоматического управления: Избранные труды. М.: Наука, 1983, т. 1-2.

101. Проблемы проектирования и развития систем автоматического управления и контроля ГТД. /С.Т. Кусимов, Б.Г. Ильясов, В.И. Васильев и др. М.: Машиностроение, 1999. - 609 с.

102. Проектирование систем автоматического управления газотурбинных двигателей (нормальные и нештатные режимы) /С.М. Гусев, Н.К. Зайнашев, А.И. Иванов и др, Под ред. Б.Н. Петрова. М.: Машиностроение, 1981. 400 с.

103. Пухов Г.Е., Жук К.Д. Синтез многосвязных систем управления по методу обратных операторов. Киев, Наукова думка, 1966.

104. Рабинер JI., Гоулд Б. Теория и применение цифровой обработки сигналов. Пер. с англ. М.: Мир, 1978. - 848 с.

105. Разработка автоматизированной подсистемы анализа и синтеза, входящей в состав САПР автоматики ГТД/ Б.Г. Ильясов, Г.Г. Куликов, О.Д. Лянцев и др.//Техн. отчет/ Уфимск. авиац. ин-т. № ГР 01860047986. - Уфа, 1986.

106. Разработка и внедрение системотехнических методов исследования МСАУ ГТД сложных схем/ Б.Г. Ильясов, Г.Г. Куликов, О.Д. и др. //Техн. отчет/ Уфимск. авиац. ин-т. " № ГР 01820077450. Уфа, 1984.

107. Разработка методов и программных средств моделирования однородных мультипроцессорных электронных систем управления/ Б.Г. Ильясов, Г.Г. Куликов, О.Д. Лянцев и др. //Техн. отчет/ Уфимск. авиац. ин-т № ГР 01850056733. Уфа, 1985.

108. Растригин Л.А. Системы экстремального управления. М.: Наука, 1974. - 632 с.

109. Сейдж Э.П., Уайт Ч.С. Оптимальное управление системами: Пер. с англ. Под ред. Б.Р. Левина. М.: Радио и связь,1982.

110. Синтез систем управления и диагностирования газотурбинных двигателей / С.В. Епифанов, Б.И. Кузнецов, И.Н. Богаенко и др. -К.: Техника, 1998. 312 с.

111. Синяков В.А., Шаймарданов Ф.А. Системы автоматического управления ЛА и их силовыми установками. М.: Машиностроение, 1991. - 320 с.

112. Системы автоматического управления двигателями 1980 -1990 гг. //Сб. пер. ЦИАМ. 1985. - СГ-90561.

113. Системы цифрового управления самолетом. А.Д. Александров, В.П. Андреев, В.М. Кейн и др. Под ред. А.Д. Александрова, С.М. Федорова. М.: Машиностроение, 1983, 223 с.

114. Сиротин С.А., Соколов В.И., Шаров А.Д. Автоматическое управление авиационными двигателями. М.: .: Машиностроение, 1991, 176 с.

115. Смит Д.М. Математическое и цифровое моделирование для инженеров и исследователей. Пер. с англ. М.: Машиностроение. 1980. - 271 с.

116. Соболев О.С. Методы исследования линейных многосвязных систем. М.: Энергоатомиздат, 1985. - 120 с.

117. Современная прикладная теория управления: оптимизационный подход в теории управления / Под ред. А.А. Колесникова. Таганрог: Изд-во ТРТУ, 2000. ч.1 - 400 с.

118. Современная прикладная теория управления: синергетический подход в теории управления / Под ред. А.А. Колесникова. Таганрог: Изд-во ТРТУ, 2000. ч.2 - 559 с.

119. Справочник по теории автоматического управления /Под ред. А.А. Красовского. М.: Наука. 1987. - 712 с.

120. Стрейц В. Метод пространства состояний в теории дискретных линейных систем управления: Пер. с англ. под ред. Я.З. Цыпки-на. М.: Наука, 1985, - 296 с.

121. Табак Д., Куо Б. Оптимальное управление и математическое программирование. М.: Наука, 1975, 224 с.

122. Теория автоматического управления силовыми установками летательных аппаратов. Управление ВРД/ Под ред. А. А. Шевякова. -М.: Машиностроение, 1976. 344 с.

123. Теряев Е.Д., Шамриков Б.М. Цифровые системы и поэтапное адаптивное управление. М.: Наука, 1999. - 330 с.

124. Технический перевод СГ-90403. ЦИАМ, 1982. Сборник материалов конференции NASA по системам регулирования авиадвигателей. NASA-CP-2137, MAY. 1979.

125. Тихонов А.Н., Арсенин В.Я. Методы решения некоторых некорректных задач. М.: Наука,1979. - 285 с.

126. Федоренко Р.П. Приближенное решение задач оптимального управления. М.: Наука. 1978. 488 с.

127. Филлипс Ч., Харбор Р. Системы управления с обратной связью. М.: Лаборатория Базовых Знаний. 2001.

128. Фомин В.Н. Методы управления линейными дискретными объектами. Л.: Изд-во Ленингр. ун-та,1985. 336 с.

129. Фомин В.Н., Фрадков А.Л., Якубович В.А. Адаптивное управление динамическими объектами. М.: Наука. Гл. ред. физ. -мат. лит., 1981. - 448 с.

130. Фурасов В.Д. Устойчивость и стабилизация дискретных процессов. М.: Наука,1982. - 192 с.

131. Хедли Дж. Нелинейное и динамическое программирование. Пер. с англ. М.: Мир, 1967. - 506 с.

132. Хемминг Р.В. Цифровые фильтры. Пер с англ. /Под ред. A.M. Трахтмана. М.: Сов. радио. 1980. - 224 с.

133. Химмельблау Д. Прикладное нелинейное программирование. Пер. с англ. М.: Мир, 1975. 534 с.

134. Цирлин A.M., Балакирев B.C., Дудников Е.Г. Вариационные методы оптимизации управляемых объектов. М.: Энергия. 1976. 448 с.

135. Черкасов Б.А. Автоматика и регулирование воздушно-реактивных двигателей. М.: Машиностроение, 1988, - 360 с.

136. Черноруцкий И.Г. Методы оптимизации. СПб.: Изд-во СПбГТУ, 1998.

137. Черноруцкий И.Г. Методы оптимизации в теории управления. СПб.: Питер, 2003. - 256 с.

138. Численные методы условной оптимизации. Под ред. Гилла Ф. и Мкррэя У. Пер с англ. М.: Мир. 1977. 290 с.

139. Шаймарданов Ф.А. Синтез систем автоматического регулирования авиационных двигателей. Уфа, 1974.-141с.

140. Шевяков А.А. Системы автоматического управления авиационными воздушно-реактивными двигателями. М.: Машиностроение. 1992. -432 с.

141. Эйкхофф П., Ванечек А., Саварат Е., Соэда Т., Накамизо Т., Акаике X., Райбман Н., Петерка В. Современные методы идентификации систем. Пер. с англ. М. : Мир.1983. 400 с.

142. Югов O.K., Селиванов О.Д. Согласование характеристик самолетами двигателя. М.: Машиностроение,1980. - 200 с.

143. Югов O.K., Селиванов О.Д., Дружинин JI.H. Оптимальное управление силовой установкой самолета. М.: Машиностроение, 1978. - 204 с.

144. Янушевский Р.Т. Теория линейных оптимальных многосвязных систем управления. М.: Наука. 1973. - 206 с.

145. A CANbus-based safety-critical distributed aeroengine control systems architecture demonstrator, Thompson HA, Benitez

146. Perez H, Lee D, Ramos-Hernandez DN, Fleming PJ, Legge CG, MICROPROCESSORS AND MICROSYSTEMS 23: (6) 345-355 NOV 29 1999.

147. A MODERN CONDITION MONITORING AND GAS-TURBINE CONTROL-SYSTEM, GEER DH, JOHNSON D, PILCHER JA, MECHANICAL ENGINEERING 106: (6) 92-92 1984.

148. A partitioned integrated flight and propulsion control system with engine safety limiting, Gatley SL, Bates DG, Pos-tlethwaite I, CONTROL ENGINEERING PRACTICE 8: (8) 845-859 AUG 2000.

149. Advanced instrumentation for next-generation aerospace propulsion control systems, Barkhoudarian S, Cross GS, Lorenzo CF, JOURNAL OF PROPULSION AND POWER 12: (1) 205-206 JAN-FEB 1996.

150. APPLICATION OF A FUZZY CONTROLLER IN THE FUEL SYSTEM OF A TURBOJET ENGINE, WU CH, XU YH, LI BW, JOURNAL OF PROPULSION AND POWER 5: (3) 373-374 MAY-JUN 1989.

151. Application of H-infinity robust control to the RM12 jet engine, Harefors M, CONTROL ENGINEERING PRACTICE 5: (9) 1189-1201 SEP 1997.

152. APPLICATION OF NONLINEAR INVERSE METHODS TO THE CONTROL OF POWERED-LIFT AIRCRAFT OVER THE LOW-SPEED FLIGHT ENVELOPE, FRANKLIN JA, INTERNATIONAL JOURNAL OF CONTROL 59: (1) 321-335 JAN 1994.

153. Application of two-variable fuzzy-PI control in an aeroengine, Fang ZX, Wu CH, JOURNAL OF PROPULSION AND POWER 14: (3) 399-402 MAY-JUN 1998.

154. ARCHITECTURAL PRINCIPLES FOR SAFETY-CRITICAL REAL-TIME APPLICATIONS, LALA JH, HARPER RE, PROCEEDINGS OF THE IEEE 82: (1) 25-40 JAN 1994.

155. Aspects of aircraft engine control systems R&D, Yamane H, Takahara Y, Oyobe T, CONTROL ENGINEERING PRACTICE 5: (5) 595-602 MAY 1997.

156. Breadth and depth of technological capabilities in CoPS: the case of the aircraft engine control system, Prencipe A, RES POLICY 29: (7-8) 895-911 AUG 2000.

157. Canon M.D., Cullum C.D., Polak E. Theory of optimal control and mathematical programming, McGraw-Hill, NY, London, 1970.

158. Control and handling qualities considerations for an advanced supersonic transport aircraft, Steer AJ, Cook MV, AERONAUTICAL JOURNAL 103: (1024) 265-272 JUN 1999.

159. CONTROL-SYSTEMS FOR THE NEXT CENTURY FIGHTER ENGINES, SKIRA CA, AGNELLO M, JOURNAL OF ENGINEERING FOR GAS TURBINES AND POWER-TRANSACTIONS OF THE ASME 114: (4) 749-754 OCT 1992.

160. Decentralized design for integrated flight/propulsion control of aircraft, Chen ZY, Voulgaris PG, JOURNAL OF GUIDANCE CONTROL AND DYNAMICS 23: (6) 1037-1044 NOV-DEC 2000.

161. Design and piloted simulation of a robust integrated flight and propulsion controller, Bates DG, Gatley SL, Pos-tlethwaite I, Berry AJ, JOURNAL OF GUIDANCE CONTROL AND DYNAMICS, 23: (2) 269-277 MAR-APR 2000.

162. Design of a fuzzy logic controller for a jet engine fuel system, Zilouchian A, Juliano M, Healy T, et al. CONTROL ENG PRACT 8: (8) 873-883 AUG 2000.

163. DEVELOPMENT AND EVALUATION OF INTEGRATED FLIGHT PROPULSION CONTROL ALGORITHMS TOR A TACTICAL FIGHTER, CARLIN CM, MUNGER LL, GANGSAA D, MECHANICAL ENGINEERING 106: (8) 84-84 1984.

164. Distributed aero-engine control systems architecture selection using multi-objective optimisation, Thompson HA, Chipper-field AJ, Fleming PJ, Legge C, CONTROL ENGINEERING PRACTICE 7: (5) 655-664 MAY 1999.

165. Distributed flight control and propulsion control implementation issues and lessons learned, Schley WR, JOURNAL OF ENGINEERING TOR GAS TURBINES AND POWER-TRANSACTIONS OF THE ASME 121: (1) 96-101 JAN 1999.

166. Dutton K., Thompson S., Barraclough B. The art of control engineering. Addison-Wesley. NY, Tokyo, 1997.

167. Engine control and low-NOx combustion for hydrogen fuelled aircraft gas turbines, Dahl G, Suttrop F, INTERNATIONAL JOURNAL OF HYDROGEN ENERGY, 23: (8) 695-704 AUG 1998.

168. F-14 AIRCRAFT AND PROPULSION CONTROL INTEGRATION EVALUATION, DAVIES WJ, HOELZER CA, VIZZINI RW, JOURNAL OF ENGINEERING FOR POWER-TRANSACTIONS OF THE ASME 105: (3) 663-668 1983.

169. Fuel control system of the future, Hutchinson J, AIRCRAFT ENGINEERING AND AEROSPACE TECHNOLOGY 68: (5) 7-& 1996.

170. FUZZY COMPUTING FOR CONTROL OF AERO GAS-TURBINE ENGINES, BALAKRISHNAN SR, MISHRA SK, SUNDARARAJAN V, DEFENCE SCIENCE JOURNAL 44: (4) 295-304 OCT 1994.

171. Greensite A.L. Control theory: Vol.1. Elements of modern control theory, Spartan, NY, Washington, 1970.

172. H-infinity longitudinal control of crippled trijet aircraft with throttles only, Jonckheere EA, Yu GR, CONTROL ENGINEERING PRACTICE 6: (5) 601-613 MAY 1998.

173. INTEGRATED FLIGHT PROPULSION CONTROL-SYSTEM CONSIDERATIONS FOR FUTURE AIRCRAFT APPLICATION, VIZZINI RW,

174. JOURNAL OF ENGINEERING TOR GAS TURBINES AND POWER-TRANSACTIONS OF THE ASME 107: (4) 833-837 1985.

175. INTEGRATED FLIGHT/PROPULSION CONTROL FOR HELICOPTERS, ROCK SM, NEIGHBORS K, JOURNAL OF THE AMERICAN HELICOPTER SOCIETY 39: (3) 34-42 JUL 1994.

176. Kuo B.C. Automatic control systems. Prentice-Hall, 1995.

177. Ljung L. System Identification: Theory for the User, Prentice-Hall, Englewood Cliffs, London, 1987.

178. Model reference control of a gas turbine engine, Perez RA, PROCEEDINGS OF THE INSTITUTION OF MECHANICAL ENGINEERS PART G-JOURNAL OF AEROSPACE ENGINEERING 210: (G4) 291-296 1996.

179. Neural network and fuzzy logic applications to vehicle systems: Literature survey, Fadeh AG, Fahim A, ElGindy M, INTERNATIONAL JOURNAL OF VEHICLE DESIGN 18: (2) 132-193 1997.

180. Non-linear inverse compensation of an SI engine by system identification for robust performance control Petridis AP, Shenton AT. INVERSE PROBLEMS IN ENGINEERING 8: (2) 163-176 2000.

181. Nonlinear robust hierarchical control for nonlinear uncertain systems, Leonessa A, Haddad WM, Chellaboina V, MATHEMATICAL PROBLEMS IN ENGINEERING 5: (6) 499-542 2000.

182. OPTIMIZING AIRCRAFT PERFORMANCE WITH ADAPTIVE, INTEGRATED FLIGHT PROPULSION CONTROL, SMITH RH, CHISHOLM JD, STEWART JF, JOURNAL OF ENGINEERING TOR GAS TURBINES AND POWER-TRANSACTIONS OF THE ASME 113: (1) 87-94 JAN 1991.

183. PERFORMANCE IMPROVEMENTS OF AN F-15 AIRPLANE WITH AN INTEGRATED ENGINE-FLIGHT CONTROL-SYSTEM, MYERS LP, WALSH KR, JOURNAL OF AIRCRAFT 28: (12) 812-817 DEC 1991.

184. Propulsion control of crippled aircraft by H-infinity model matching, Jonckheere EA, Yu GR, IEEE TRANSACTIONS ON CONTROL SYSTEMS TECHNOLOGY 7: (2) 142-159 MAR 1999.

185. Robust control analysis of a gas-turbine aeroengine, Ar-iffin AE, Munro N, IEEE TRANSACTIONS ON CONTROL SYSTEMS TECHNOLOGY 5: (2) 178-188 MAR 1997.

186. Robust integrated flight and propulsion controller for the Harrier aircraft, Postlethwaite I, Bates DG, JOURNAL OF GUIDANCE CONTROL AND DYNAMICS, 22: (2) 286-290 MAR-APR 1999.

187. Robust integrated flight propulsion control design for a stovl aircraft using eta-infinity control design techniques, Garg S, AUTOMATICA. 29: (1) 129-145 JAN 1993.

188. Soderstrom T. and Stoika P. System Identification, Prentice Hall, London, 1989.

189. Strategies for lifecycle concurrency and iteration A system dynamics approach, Powell A, Mander K, Brown D, JOURNAL OF SYSTEMS AND SOFTWARE 46: (2-3) 151-161 APR 15 1999.

190. Systems: decomposition, optimization and control. Ed. by M.G. Singh and A.Titli, Pergamon, NY, Paris, 1987.

191. THE APPLICABILITY OF ELECTRICALLY DRIVEN ACCESSORIES FOR TURBOSHAFT ENGINES, JARVIS MS, OSTERGREN WJ, SMITH B, JOURNAL OF ENGINEERING FOR GAS TURBINES AND POWER-TRANSACTIONS OF THE ASME 117: (2) 221-226 APR 1995.

192. THE CONTROL-SYSTEM DESIGN METHODOLOGY OF THE STOL AND MANEUVER TECHNOLOGY DEMONSTRATOR, MOORHOUSE DJ, CITURS KD, INTERNATIONAL JOURNAL OF CONTROL 59: (1) 221-238 JAN 1994.

193. The X-31 aircraft: Advances in aircraft agility and performance, Alcorn CW, Croom MA, Francis MS, PROGRESS IN AEROSPACE SCIENCES 32: (4) 377-413 AUG 1996.

194. Thrust vectoring: Fundamental for civil and military uses, Lichtsinder M, Sherbaum V, GalOr B, INTERNATIONAL JOURNAL OF TURBO & JET-ENGINES 14: (1) 29-44 1997.

195. Transition of a technology base for advanced aircraft gas turbine control systems, McGlone ME, JOURNAL OF ENGINEERING FOR GAS TURBINES AND POWER-TRANS ACT IONS OF THE ASME 120: (3) 437-441 JUL 1998.

196. Turbofan engine control design using robust multivariable control technologies, Frederick DK, Garg S, Adibhatla S, IEEE TRANSACTIONS ON CONTROL SYSTEMS TECHNOLOGY 8: (6) 961-970 NOV 2000.