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第1章 航空发动机全权限数字电子控制系统发展综述1

1.1国外控制系统的发展历程1

1.1.1第一代FADEC （FADEC Ⅰ）系统（20世纪80年代）2

1.1.2第二代FADEC （FADEC Ⅱ）系统（20世纪90年代初期）5

1.1.3第三代FADEC （FADEC Ⅲ）系统（20世纪90年代中后期）7

1.2我国航空发动机全权限数字电子控制系统的发展9

1.3 FADEC的未来发展趋势12

1.3.1未来航空发动机控制系统面临的要求和挑战12

1.3.2未来航空发动机控制技术的发展趋势12

1.4结论21

第2章 航空发动机建模与仿真22

2.1航空发动机建模技术概述22

2.1.1模型分类22

2.1.2模型要求23

2.1.3建模方法23

2.2航空发动机部件级模型23

2.2.1各部件模型24

2.2.2风扇25

2.2.3压气机25

2.2.4燃烧室25

2.2.5高压涡轮26

2.2.6低压涡轮26

2.2.7外涵26

2.2.8掺混室27

2.2.9加力燃烧室27

2.2.10尾喷管27

2.2.11推力计算28

2.3航空发动机稳态模型28

2.4航空发动机动态模型31

2.5航空发动机状态变量模型32

2.5.1线性化状态变量模型的建模原理32

2.5.2偏导数法求解线性化模型33

2.5.3拟合法求线性化模型33

2.6基于人工智能的航空发动机简化模型34

2.7航空发动机自适应模型37

2.7.1自适应模型的发展37

2.7.2基于卡尔曼滤波器的自适应模型37

2.7.3基于人工智能的自适应模型43

2.7.4基于控制器的自适应模型47

第3章 控制系统技术要求53

3.1航空燃气涡轮发动机控制计划53

3.1.1航空燃气涡轮发动机的工作状态53

3.1.2航空燃气涡轮发动机各工作状态的使用限制54

3.1.3航空燃气涡轮发动机控制变量的选择56

3.1.4航空燃气涡轮发动机非加力工作状态的控制计划57

3.1.5航空燃气涡轮发动机起动状态的控制计划65

3.1.6航空燃气涡轮发动机加力工作状态的控制计划66

3.2控制系统功能要求71

3.2.1控制系统功能71

3.2.2控制功能的详细描述73

3.3控制系统性能要求90

3.3.1稳态性能指标91

3.3.2动态性能指标91

3.3.3切换性能指标91

3.3.4执行机构回路控制品质要求92

3.4工作环境要求94

3.4.1电子控制器工作环境94

3.4.2燃油附件工作环境94

3.5安全性、可靠性、维修性、保障性、测试性设计要求94

3.5.1安全性设计要求94

3.5.2可靠性设计要求95

3.5.3维修性设计要求95

3.5.4保障性设计要求96

3.5.5测试性设计要求96

第4章 控制系统总体方案设计97

4.1控制系统的基本结构97

4.1.1控制系统的总体结构和功能分配97

4.1.2主燃油流量控制99

4.1.3风扇进口可调叶片角度控制100

4.1.4高压压气机进口可调静子叶片角度控制100

4.1.5加力燃油流量控制101

4.1.6尾喷管喉道截面面积控制101

4.1.7矢量喷管控制102

4.2控制系统余度设计103

4.2.1控制系统可靠性的基本概念103

4.2.2控制系统典型结构余度分析104

4.2.3控制系统结构余度设计108

4.3控制系统可靠性分析113

4.3.1控制系统可靠性模型的基本概念113

4.3.2典型结构可靠性建模与分析116

4.3.3对控制系统方案的可靠性建模与评估120

4.3.4控制系统可靠性指标分配129

4.4控制系统精度分析130

4.4.1在给定控制计划下控制精度的选择130

4.4.2根据控制精度选择控制计划133

4.4.3传感器精度计算方法134

4.4.4传感器精度计算135

4.5控制系统稳定性分析138

4.5.1主燃油流量控制回路138

4.5.2尾喷管喉道截面面积控制回路142

4.5.3其他控制回路146

4.5.4多回路共同工作对系统稳定性的影响146

4.6主要部件原理方案和基本参数设计149

4.6.1电子控制器150

4.6.2燃油系统160

4.6.3控制软件170

4.6.4传感器174

第5章 控制律设计177

5.1经典控制方法177

5.1.1主燃油流量控制177

5.1.2加力燃油流量控制192

5.1.3风扇进口可调叶片角度控制193

5.1.4高压压气机进口可调静子叶片角度控制194

5.1.5喷口控制194

5.1.6矢量喷管控制197

5.1.7伺服回路控制199

5.2鲁棒控制技术204

5.2.1 LQG/LTR控制方法204

5.2.2 H∞控制方法208

5.2.3 ALQR控制方法211

5.2.4 LQ—H∞控制方法214

5.3自适应控制技术217

5.3.1基于李雅普诺夫理论的模型参考自适应控制方法218

5.3.2纳朗特兰（Narendra）自适应控制方法223

5.3.3基于发动机相似参数的自适应控制方法230

5.4智能控制技术235

5.4.1控制器参数智能优化方法235

5.4.2神经网络PID控制器设计方法238

5.4.3模糊控制243

5.5性能寻优控制247

5.5.1引言247

5.5.2优化原理248

5.5.3数字仿真252

5.5.4结论254

5.6高稳定性控制254

5.6.1基于迎角预测的发动机高稳定性控制原理255

5.6.2扩展的发动机模型257

5.6.3仿真算例258

5.6.4结论260

第6章 故障诊断与容错设计261

6.1故障诊断与测试的基本概念261

6.1.1故障定义与分类261

6.1.2故障诊断的概念和过程262

6.1.3测试性与机内自检测264

6.1.4故障诊断与测试技术指标264

6.2机内自检测设计267

6.2.1上电机内自检测267

6.2.2运行前（飞行前）机内自检测268

6.2.3运行中（飞行中）机内自检测270

6.2.4维护机内自检测273

6.3故障诊断与故障处理的基本方法273

6.3.1故障发现273

6.3.2故障定位275

6.3.3故障隔离275

6.3.4系统重构279

6.3.5故障恢复282

6.3.6故障告警283

6.3.7故障记录284

6.4先进的故障诊断和容错控制技术284

6.4.1基于部件跟踪滤波器的故障诊断方法285

6.4.2基于卡尔曼滤波器的故障诊断方法287

6.4.3基于模型的容错控制方案291

6.4.4基于人工智能的航空发动机容错控制方案295

第7章 控制系统的综合与试验验证300

7.1电子控制器在回路仿真300

7.1.1电子控制器在回路仿真装置的主要功能301

7.1.2电子控制器在回路仿真系统的组成和原理301

7.1.3电子控制器在回路仿真装置主要参数的精度要求303

7.1.4电子控制器在回路仿真的主要内容303

7.2控制系统半物理模拟试验307

7.2.1半物理模拟试验器的主要功能308

7.2.2半物理模拟试验的组成和原理308

7.2.3半物理模拟试验器的主要指标要求312

7.2.4半物理模拟试验的主要内容313

7.3发动机试验与验证324

7.3.1发动机地面台试车324

7.3.2发动机高空台试验327

7.3.3发动机飞行试验327

参考文献329