Адаптивная групповая логико-динамическая система автоматического управления газотурбинного двигателя на базе нечеткого подхода тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 00.00.00, кандидат наук Сторожев Сергей Александрович

• Сторожев Сергей Александрович
• кандидат наук
• 2023

Оглавление диссертации кандидат наук Сторожев Сергей Александрович

Основные сокращения

Введение

1. Анализ принципов построения регуляторов контуров логико-динамических САУ ГТД

1.1 Особенности логико-динамических САУ ГТД

1.1.1 Устройство ГТД

1.1.2 САУ подачей топлива в камеру сгорания ГТД

1.2 Алгоритмы селективного выбора контуров газотурбинного двигателя

1.3 Выводы и постановка задачи исследования

2. Разработка селективного группового регулятора контуров логико -динамической САУ подачей топлива в камеру сгорания ГТД на базе нечеткой логики

2.1. Выбор целевой функции, критерия и показателей качества

2.2 Математическое описание САУ подачей топлива в камеру сгорания ГТД

2.3 Селективный НГР

2.3.1 Метод создания селективных групповых регуляторов на базе нечеткой логики

2.3.2 Элементы выбора минимального и максимального значений на базе нечеткой логики

2.4 Исследование селективного НГР в составе САУ подачей топлива в камеру сгорания ГТД

2.4.1. Эксперимент в идеальных условиях

2.4.2. Эксперимент в условиях влияния помех

2.4.2.1 Влияние слабых флуктуационных помех

2.4.2.2 Влияние импульсных помех

2.5 Анализ результатов экспериментов

2.6 Выводы

3. Разработка адаптивного группового регулятора многоконтурной САУ ГТД на базе нечеткой логики

3.1 Селективный АНГР

3.1.1 Блок адаптации

3.2 Исследование селективного АНГР в составе САУ подачей топлива в камеру сгорания ГТД

3.2.1 Эксперимент в идеальных условиях

3.2.2 Эксперимент в условиях влияния помех

3.2.2.1 Влияние слабых флуктуационных помех

3.2.2.2 Влияние импульсных помех

3.3 Анализ результатов моделирования

3.4 Выводы

4. Применение селективных групповых регуляторов на базе нечеткой логики в САУ ГТД повышенной тяги

4.1 Постановка эксперимента

4.2 Эксперименты САУ ГТД повышенной тяги с селектором и АНГР

4.2.1 Оценка качества управления в идеальных условиях

4.2.2 Оценка качества управления в условиях влияния помех

4.2.2.1 Влияние слабых флуктуационных помех

4.2.2.2 Влияние импульсных помех

4.2.3 Оценка качества управления в условиях деградации

4.2.4 Оценка качества управления при отказе контуров

4.3 Выводы

Заключение

Список литературы

ПРИЛОЖЕНИЯ

Основные сокращения

ГТД - газотурбинный двигатель

САУ - система автоматического управления

ОУ - объект управления

ЦФ - целевая функция

ПИ - пропорционально-интегральный

ПД - пропорционально-дифференциальный

НГР - нечеткий групповой регулятор

АНГР - адаптивный нечеткий групповой регулятор

АО - акционерное общество

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Адаптивная групповая логико-динамическая система автоматического управления газотурбинного двигателя на базе нечеткого подхода»

Введение

Актуальность темы исследования. Развитие важных областей человеческой деятельности - транспорта, робототехники, энергетики, промышленного производства требует совершенствования методов и средств управления техническими объектами, улучшения показателей качества, совершенствования устройств управления, снижения сроков, технических рисков и стоимости разработки.

Необходимость совершенствования методов и средств управления определяется тенденциями расширения практики использования «сложных» объектов, ужесточения требований к режимам эксплуатации систем управления, интеграции элементов систем управления встраиваемых систем.

В современных условиях, разработка устройств систем управления недетерминированными объектами, такими, например, как газотурбинные двигатели (ГТД), методами классической теории управления существенно затруднена, а порой и практически невозможна. Для решения подобных задач все большую значимость приобретает теория адаптивного нечеткого управления.

Решение задач повышения надежности эксплуатации, экономии топлива, снижения эксплуатационных затрат силовых установок на базе ГТД, таких как газотурбинная электростанция, делают актуальным создание систем автоматического управления, функционирующих на современных принципах управления недетерминированными объектами управления.

ГТД являются объектами управления, число управляющих воздействий которых меньше числа управляемых параметров. Обычно, управление в таком случае осуществляется с помощью алгоритмов логического селективного выбора контуров управления ГТД. К таким системам относятся системы автоматического управления (САУ) подачей топлива в камеру сгорания ГТД. При селективном выборе, регулируется параметр двигателя, наиболее приблизившийся к величине, определяемой программой регулирования. Селективный выбор реализуется с помощью известных подходов построения селектора.

Построением логико-динамических САУ ГТД занимались отечественные ученые О. С. Гуревич, Ф. Д. Гольберг, А. А. Шевяков, С. Д. Земляков и В. Ю. Рутковский, Б. Н. Петров и Б. А. Черкасов,Ф. А. Шаймарданов, Б. Г. Ильясов, В. И. Васильев, А. И. Фрид, В. И. Петунин и др. Стоить отметить вклад таких зарубежных ученых, как Wittenmark B., Middleton R. H., Goodwin G. C., Mattingly J. D., Heiser W. H., Pratt D., Thompson H. A. в создание логико-динамических САУ ГТД.

В развитие применения логико-динамических САУ ГТД с селектором контуров внесли вклад Б.Г. Ильясов, Л.И. Волгин, Ф.Д. Гольберг, Ю.С. Кабальнов. Селекторы применяются в САУ для устранения зоны совместной работы контуров управления и обеспечивают во всех условиях работы управляющее воздействие только одного из нескольких контуров управления, включаемых в работу в зависимости от режима работы объекта управления. Однако, данный принцип селектирования контуров справедлив лишь для статических режимов работы САУ ГТД.

В работах О.С. Гуревича, В.И. Гостева взаимодействие контуров сохраняется на переходных режимах и при воздействии неконтролируемых возмущений. При этом возможно возникновение зоны совместной работы контуров. Отсюда возникает перерегулирование выходных параметров и увеличение времени переходных процессов. Это приводит к снижению ресурса ГТД и увеличению расхода топлива. Способы управления при динамически изменяющихся характеристиках рассмотрены В.И. Петуниным, в которых используется селектор, реализованный на базе многозначной логики.

В работе предлагается метод создания селективного группового регулятора контуров на основе нечеткой логики, который повышает качество управления ГТД за счет замены многозначной логики на нечеткую.

Исходя из вышеизложенного, можно сформулировать следующую тему диссертационного исследования «АДАПТИВНАЯ ГРУППОВАЯ ЛОГИКО-ДИНАМИЧЕСКАЯ СИСТЕМА АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ ГАЗОТУРБИННОГО ДВИГАТЕЛЯ НА БАЗЕ НЕЧЕТКОГО ПОДХОДА»

Объект исследования - САУ подачей топлива в камеру сгорания ГТД.

Предмет исследования - селективные регуляторы логико-динамических САУ подачей топлива в камеру сгорания ГТД.

Цель диссертационной работы заключается в разработке селективного группового регулятора контуров логико-динамической САУ подачей топлива в камеру сгорания ГТД на базе нечеткой логики, обеспечивающего высокое качество управления САУ.

Задачи исследования. Для достижения указанной цели в рамках диссертационной работы были поставлены и решены следующие основные задачи:

1. Проведен анализ принципов построения логико-динамических САУ подачей топлива в камеру сгорания ГТД с селективным выбором контуров.

2. Созданы элементы выбора минимального и максимального значений на базе нечеткой логики.

3. Предложен метод создания селективных групповых регуляторов на базе нечеткой логики.

4. Разработан селективный групповой регулятор контуров логико-динамической САУ подачей топлива в камеру сгорания ГТД на базе нечеткой логики.

5. Построен селективный адаптивный групповой регулятор контуров логико-динамической САУ подачей топлива в камеру сгорания ГТД на базе нечеткой логики.

6. Выполнено внедрение разработанных селективных групповых регуляторов в составе САУ подачей топлива в камеру сгорания ГТД повышенной тяги.

Научная новизна работы заключается в следующем:

1. Созданы элементы выбора минимального и максимального значений на базе нечеткой логики взамен элементов основанных на многозначной логике, отличающиеся тем, что они позволяют учитывать сразу несколько входных значений при формировании выхода с помощью метода среднего взвешенного, а это позволяет осуществлять постепенное переключение контуров управления, тем самым устраняя забросы параметров ГТД.

2. Предложен метод создания селективных групповых регуляторов, состоящих из элементов выбора минимального и максимального значений на базе нечеткой логики, позволяющий учитывать сразу несколько значений контуров при формировании управляющего воздействия.

3. Разработан селективный нечеткий групповой регулятор (НГР) контуров логико-динамической САУ подачей топлива в камеру сгорания ГТД, который, в отличие от селектора, позволяет учитывать управляющее воздействие сразу нескольких контуров управления, что позволяет повысить качество управления (уменьшить перерегулирование и время переходного процесса при сохранении требуемой помехоустойчивости).

4. Разработан селективный адаптивный нечеткий групповой регулятор (АНГР) контуров логико-динамической САУ подачей топлива в камеру сгорания ГТД, который, в отличие от селектора и НГР, позволяет учитывать изменяющиеся условия эксплуатации, обеспечить повышение качества управления и, следовательно, повысить ресурс ГТД.

Теоретическая значимость заключается в разработке нового метода и алгоритмов построения селективных адаптивных групповых регуляторов логико-динамических САУ, основанных на нечеткой логике. Созданные модели и алгоритмы функционирования селективных групповых регуляторов позволяют исследовать характеристики САУ ГТД для разрабатываемых перспективных двигателей, а также систем различного применения, учесть изменяющиеся условия эксплуатации и повысить качество управления.

Практическая значимость заключается в реализации разработанных в диссертации нечетких селективных адаптивных групповых регуляторов контуров САУ ГТД, применение которых позволяет улучшить качество управления на 1.99% в идеальных условиях, на 1.94% в условиях флуктуационных помех, на 3.90% в условиях импульсных помех, на 1.07% в условиях деградации САУ ГТД и на 2.04% при отказе контуров. Результаты диссертационной работы внедрены в ходе реализации договоров с ОАО «ОДК-СТАР» в 2019 - 2021 гг.

Разработанные в диссертации теоретические положения и практические результаты используются в учебном процессе в рамках программ магистратуры ПНИПУ по направлению подготовки 27.04.04 «Управление в технических системах» в дисциплине «Алгоритмы нечеткого, нейронного и нейро-нечеткого управления в системах реального времени», что позволяет повысить качество освоения профессиональных компетенций и их компонентов в области проектирования систем автоматического управления различными современными объектами.

Методы и материалы исследования базируются на методах теории автоматического управления, нечеткой логики, на аналитическом и имитационном моделировании, на планировании и обработке результатов экспериментов, на использовании пакета инженерного математического комплекса MATLAB и подтверждаются результатами внедрения.

Положения, выносимые на защиту:

1. Алгоритмическое обеспечение логико-динамических САУ в виде аналитической и имитационной моделей и программной реализации элементов выбора минимума и максимума на базе нечеткой логики (п. 5).

2. Метод создания специального математического и программного обеспечения логико-динамических САУ в виде селективных групповых регуляторов на базе нечеткого подхода (п. 12).

3. Алгоритмическое обеспечение логико-динамических САУ в виде аналитической и имитационной моделей и программной реализации

селективного нечеткого группового регулятора контуров логико-динамической САУ подачей топлива в камеру сгорания ГТД. (п. 5).

4. Алгоритмическое обеспечение и метод синтеза логико-динамических САУ в виде аналитической и имитационной моделей и программной реализации селективного адаптивного нечеткого группового регулятора контуров логико-динамической САУ подачей топлива в камеру сгорания ГТД (п. 5).

5. Результаты экспериментальных исследований и внедрения селективных адаптивных нечетких групповых регуляторов в составе САУ подачей топлива в камеру сгорания современного ГТД повышенной тяги в нормальных и экстремальных условиях.

Область исследования соответствует п. п. 5, 12 паспорта научной специальности 2.3.3 - Автоматизация и управление технологическими процессами и производствами.

Достоверность полученных результатов. Полученные в диссертационной работе результаты не противоречат теоретическим положениям, известным из публикаций других авторов, и подтверждаются результатами расчетов, компьютерного моделирования и экспериментальными данными, полученными в ходе внедрения селективных групповых регуляторов САУ подачей топлива в камеру сгорания ГТД повышенной тяги.

Апробация результатов. Основные результаты работы обсуждались на «XIII Всероссийском совещании по проблемам управления (ВСПУ-2019)», г. Москва, 2019; XVIII Всероссийской школе-конференции молодых ученых «УПРАВЛЕНИЕ БОЛЬШИМИ СИСТЕМАМИ»; международных научно-технических конференциях «Искусственный интеллект в решении актуальных социальных и экономических проблем XXI века», г. Пермь, 2020 и 2021; «Математическое моделирование», г. Москва, 2021; «2021 Conference of Russian Young Researchers in Electrical and Electronic Engineering» и «2022 Conference of Russian Young Researchers in Electrical and Electronic Engineering», г. Санкт-Петербург, 2021 и 2022; а также на научно-технических семинарах ПНИПУ, ОАО «ОДК-СТАР» и ЦИАМ.

Публикации. Основные результаты изложены в 14 публикациях, из них 4 статьи, индексированы в международной базе цитирования Scopus, 4 статьи, индексированы в журналах из списка ВАК, 5 - в материалах других изданий, получено одно свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ.

Личный вклад автора включает в себя следующее:

1. Создание элементов выбора минимального и максимального значений на базе нечеткой логики [109]

2. Разработка селективного нечеткого группового регулятора контуров для логико-динамической САУ подачей топлива в камеру сгорания ГТД [98, 99, 111];

3. Разработка адаптивного нечеткого селективного группового регулятора контуров для логико-динамической САУ подачей топлива в камеру сгорания ГТД [101, 106-108, 110];

4. Построение модели логико-динамической САУ подачей топлива в камеру сгорания ГТД с различными типами селективных устройств (нечеткий групповой регулятор, адаптивный нечеткий групповой регулятор) в инженерном математическом комплексе MATLAB Simulink [98, 99, 101, 104, 107, 110];

5. Проведение имитационного моделирования, обработка и сопоставление полученных результатов [103-107, 110]

6. Участие во внедрении разработанного селективного адаптивного нечеткого группового регулятора в составе САУ подачей топлива в камеру сгорания ГТД повышенной тяги, что привело к улучшению основных показателей качества управления по целевой функции.

Структура работы. Диссертация состоит из введения, 4 глав, заключения, списка используемой литературы и 9 приложений. Содержит 116 страниц машинописного текста, 123 рисунка и 18 таблиц, список использованной литературы из 11 1 наименований, приложения на 227 страницах.

1. Анализ принципов построения регуляторов контуров логико-

динамических САУ ГТД

В данной главе рассматриваются особенности ГТД как переопределенного объекта управления (ОУ), для которого применяются различные варианты селективных регуляторов в логико-динамических САУ ГТД. Особое внимание уделяется основным проблемам селективного выбора контуров.

1.1 Особенности логико-динамических САУ ГТД

В настоящее время авиационная техника активно развивается. Появляющиеся ГТД позволяют улучшить тяговые, массовые, экономические и др. характеристики летательных аппаратов. Такое улучшение эксплуатационных и технических характеристик ГТД стало возможно благодаря применению новых схем двигателей, увеличению величин параметров рабочего процесса, уменьшению потерь мощностей и применению новых способов управления. Кроме этого, расширяются диапазоны скоростей полета и высот летательных аппаратов, а, следовательно, улучшаются высотные и скоростные характеристики ГТД [1, 2].

ГТД как объект управления исследовали В. И. Гостев, В. А. Боднер, А. А. Шевяков, Ю. А. Рязанов, С. А. Сиротин, Т. С. Мартьянова, Ю. В. Любомудров, Б. А. Черкасов, Г. В. Добрянский, Г. Г. Куликов и др. [3-18]. Исследования вышеперечисленных авторов характеризуют современный ГТД как сложную нелинейную динамическую систему, в которой происходят физико-химические процессы преобразования энергии. Эти процессы являются нестационарными и изменяются по режимам работы двигателя. Вместе с тем, на ГТД влияют внешние и внутренние возмущения, содержащие, в том числе, случайные составляющие.

Традиционно математическую модель ГТД представляют следующими способами:

а) полные нелинейные модели, содержащие достаточно точное описание статических и динамических процессов в узлах и элементах двигателя [2, 6, 7, 12, 19];

б) динамические модели, которые построены в приведенных координатах &т.пР = /(Ппр'^пр) в широком диапазоне режимов работы ГТД [2, 11, 12];

в) линейные математические модели, полученные путем линеаризации уравнений на каждом режиме работы ГТД, которые могут быть представлены в виде переменных типа «вход-выход» или в виде переменных состояния в форме Коши [2, 13, 17].

В данной диссертационной работе используется математическая модель ГТД типа «вход-выход» [3] (см. подраздел 1.1.1).

1.1.1 Устройство ГТД

Устройство ГТД представлено на рисунке 1.1.

Рис. 1.1. Устройство двухроторного газотурбинного двигателя с форсажной камерой и

регулируемым соплом

Двигатель состоит из входного устройства 1, вентилятора 2, компрессора 3, внешнего контура 4, основной камеры сгорания 5 и форсажной камеры сгорания 10, турбины компрессора 6 и турбины вентилятора 7 с выходным устройством турбин 8, выходного вентилятора 9 и регулируемого выходного сопла 11.

Для упрощения математических расчетов примем, что на определенном режиме ГТД его параметры остаются постоянными. Учитываются только инерции вращающихся масс роторов (1.1):

где пк = Дпк / - относительное отклонение частоты вращения ротора компрессора; пв = Дпв / пво — относительное отклонение частоты вращения ротора вентилятора; Тт = ДТт / То — относительное отклонение температуры газа за турбиной вентилятора; От = ДОт / — относительное отклонение расхода топлива в основной камере сгорания; пко, пво, Тго, Ого — значения соответствующих параметров на базовом установившемся режиме работы двигателя; к — коэффициенты влияния, которые выражают изменение регулируемой величины в долях величины приложенного возмущения на установившемся режиме работы ГТД.

В уравнении (1.1) регулируемыми являются три параметра (три выходных переменных): частота вращения ротора вентилятора «пв», частота вращения ротора компрессора «пк» и температура газа за турбиной «ТТ». Управляющим параметром (управляющим воздействием) является расход топлива в основной камере сгорания ОТ.

2

3 4 5 6 7

9

<

(1.1)

Динамическая модель исполнительного устройства представлена в

виде (1.2):

'II. I ?

TmGmop -J,

Cj =e~TlPG

v ' т w ТФОР ■

(1.2)

где 0ТФОР, Ог, гг, I, — относительные отклонения управляющих сигналов; Тзт, к7Т ,Тпт — постоянные коэффициенты динамической модели исполнительного устройства.

Температура газа за турбинным блоком измеряется термопарой, динамика которой описывается уравнением (1.3):

Т^х I л* 'I у ■.

(1.3)

где Ттп - постоянная времени термопары. Вводятся обозначения (1.4)

a0 =Т^Т; a1 = к1ТкПН1ТЗТ; a2 = kBG; a3 = kKG; a4 = kTG; a5 = kTB; a6 = kTK; a7 = kKB; a8 = kBK; ¿1 =17 Тзт; ¿2 = -kBB; ¿3 = -kKK •

(1.4)

На основании (1.1) - (1.3) и обозначений (1.4) разработана модель ГТД (см. рис. 1.2) [3].

Рис. 1.2. Модель газотурбинного двигателя, где «ёвт*» - входной управляющий сигнал -изменение расхода топлива в основной камере сгорания; «Т» - текущая температура газа за турбиной вентилятора; «п_в» - текущее значение оборотов ротора вентилятора; «п_к» -текущее значение оборотов ротора компрессора; «Tranport Delay» - блок задержки сигнала; «G» - расход топлива в камере сгорания.

<

Представленная на рисунке 1.2 динамическая модель ГТД была получена путем идентификации параметров объекта методом «замороженных коэффициентов» для различных установившихся режимов работы ГТД [3].

Данная модель ГТД имеет один вход: «dGт*» изменение расхода топлива в основной камере сгорания и три выхода: «п_в» - текущее значение оборотов ротора вентилятора; «п_к» - текущее значение оборотов ротора компрессора; «Т» - текущая температура газа за турбиной вентилятора.

Реализована возможность смены режима во время моделирования с помощью представления передаточных функций в виде схем в переменных состояния (см. рис. 1.3).

Рис. 1.3. Передаточная функция с возможностью смены режима, где «Блок выбора значения параметра» - определяет значения параметра, согласно выбранному режиму ГТД; «a2_max», «a2_average», «a2_small», «b2_max», «b2_average», «b2_small» - значения параметров «я2» и «Ь2» передаточной функции для различных режимов ГТД; «number_r» - определяет режим ГТД «Максимальный» или «Крейсерский» или «Малый газ».

Представленная на рисунке 1. 2 модель ГТД выбрана для исследования эффективности селективных групповых регуляторов в пакете прикладных задач MATLAB Simulink [3]. Она включена в состав существующей САУ подачей топлива в камеру сгорания ГТД (описание приведено в подразделе 1.1.2 и в разделе 2.1).

Анализ законов управления различными типами ГТД [8, 12] показывает, что количество контуров САУ больше, чем число управляющих воздействий. Поэтому в такие САУ добавляют селекторы, которые подключают к управляющему воздействию ГТД тот или иной контур в зависимости от режима работы и условий полета.

Ниже представлено описание объекта исследования САУ подачей топлива в камеру сгорания ГТД с учетом предложенной в данном разделе модели.

1.1.2 САУ подачей топлива в камеру сгорания ГТД

На рис 1. 4 представлена САУ ГТД с одним воздействием (расход топлива в камере сгорания).

управляющим

Рис. 1.4. структурная схема САУ ГТД, где E - текущие отклонения параметров ГТД; ОРР - основной регулятор режима; РР - регулятор разгона; РС - регулятор сброса; О -ограничители; С - селектор; ИУ - исполнительное устройство; Gt - расход топлива в

камеру сгорания ГТД

Связь контуров управления объясняется рядом причин:

1. Взаимосвязаны все параметры, которые характеризуют процессы, протекающие в двигателе.

2. Наличие связей между контурами управления. Такие связи появляются в том случае, если один регулирующий фактор используется для управления несколькими параметрами двигателя.

3. В некоторые регуляторы контуров могут вводиться дополнительные связи с целью получения требуемых показателей качества управления на установившихся и переходных режимах двигателя. В данном случае, взаимодействие между каналами зависит от программ управления, структуры регуляторов, характеристик двигателя.

Теоретические основы построения логико-динамических САУ представлены в работах М.В. Меерова, Р.Т. Янушевского, В.Т. Морозовского, О.С. Соболева, В.И. Васильева и др. [20-24].

Построение логико-динамических САУ ГТД представлены в работах В.И. Петунина, А.А. Шевякова, В.А. Боднера, Ю.А. Рязанова, Б.А. Черкасова, А.В. Штоды, О.С. Гуревича, Ф.А. Шаймарданова, Ю.М. Гусева, Б.Г. Ильясова, В.И. Васильева, Г.Г. Куликова, Ю.С. Кабальнова, В.Г. Крымского,

В.Н. Ефанова и др. [1, 2, 4, 5, 8, 11-16, 25-39]. Исследования зарубежных ученых по созданию логико-динамических САУ представлены в работах [17, 40-52]. Вышеперечисленными авторами установлены следующие недостатки: взаимодействие контуров сохраняется на переходных режимах и при воздействии неконтролируемых возмущений, возникает зона совместной работы контуров, перерегулирование выходных параметров ГТД, увеличение времени переходных процессов в контурах ГТД. Эти недостатки приводят к низкому качеству выполнения программ управления и, следовательно, к снижению ресурса ГТД.

В настоящее время, к логико-динамическим САУ ГТД предъявляются жесткие требования по точности и по надежности в процессе эксплуатации. Эти требования сводятся к следующему [1, 12]:

- заданная частота вращения компрессора на основных эксплуатационных режимах должна поддерживаться с погрешностью не более 0,3%;

- заданная температура газа на максимальном режиме работы ГТД должна поддерживаться с погрешностью не более 0,5%;

- при приемистости переход с режима малого газа до максимального режима должен занимать не более 5 с.;

- перерегулирование при переходных процессах, вызванное возмущениями, должно быть не более 2,5% от текущего значения параметра ГТД.

Реализация этих жестких требований возможна лишь при применении адаптивных алгоритмов с элементами искусственного интеллекта при построении САУ ГТД.

Отмечены следующие перспективные направления развития современных САУ ГТД [2, 53]:

1. Разработка электронных интеллектуальных систем управления с распределенной структурой.

2. Создание «электрического самолета» и двигателя для него, в котором гидравлические и пневматические исполнительные устройства в системах двигателя (САУ, топливная система, система смазки) заменяются бесконтактными вентильными электрическими двигателями с регулируемой частотой вращения.

3. Применение в программно-алгоритмическом обеспечении современных цифровых САУ бортовых математических моделей двигателя.

4. Разработка адаптивной системы защиты от недопустимой раскрутки роторов ГТД, принципов селективной защиты ГТД от помпажа компрессора.

Алгоритмы управления с элементами искусственного интеллекта для САУ ГТД представлены в работах [3, 54, 55, 56, 57, 58, 59].

Исходя из вышеперечисленного, можно сделать вывод, что современные логико-динамические САУ ГТД имеют сложную структуру, являются многофункциональными, многоуровневыми системами, работающими в условиях неопределенности. Применение алгоритмов селективного выбора контуров на базе нечеткой логики ГТД позволит разработать современную интеллектуальную систему управления подачей топлива в камеру сгорания ГТД, которая обеспечит защиту ГТД от недопустимой раскрутки роторов и от помпажа компрессора.

1.2 Алгоритмы селективного выбора контуров газотурбинного двигателя

ГТД современных летательных аппаратов являются сложными нелинейными объектами управления с множеством режимов работы [2]. С помощью современных информационно-измерительных систем и измерительно-вычислительных комплексов можно измерить практически все параметры современных ГТД. В большинстве случаев такие объекты управления являются переопределенными [60], где число управляющих воздействий I меньше числа управляемых координат т (см. рис. 1.5).

У^

—>

У2

—>

Рис. 1.5. Переопределенный объект управления, где 1<т

Исходя из этого, возникает проблема структурирования САУ переопределенным объектом. В таком случае САУ должна решать задачу обработки информации для выработки необходимого управляющего воздействия. Основные способы решения данной проблемы приведены на рисунке 1.6 [2].

Суммирование Перемножение Переключение Логика

X > >

Дискретная Непрерывная

Ухудшение Ухудшение Сигнальные Сигнальные Постепенное

точности и устойчивости, возмущения, возмущения. переключение,

устойчивости, взаимосвязь скользящие дискретность но взаимосвязь

взаимосвязь каналов режимы управления каналов в

каналов динамике

Рис. 1.6. Обработка сигналов при формировании управления переопределенным объектом

Суммирование сигналов контуров приводит к ухудшению точности и устойчивости, а также к взаимосвязи контуров управления САУ. САУ с суммированием сигналов контуров рассмотрены в работах В.Т. Дедеша [61] и А.А. Шевякова [8].

Перемножение сигналов приводит к ухудшению устойчивости и возникновению взаимосвязи контуров управления САУ. Такие САУ представлены в работах С.А. Догановского [62] и Н.А. Озерянова [63].

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Сторожев Сергей Александрович, 2023 год

Список литературы

1. Гуревич, О. С. Интегрированное управление силовой установкой многорежимного самолета / О. С. Гуревич, Ф. Д. Гольберг, О. Д. Селиванов. Под общ. ред. О. С. Гуревича. - М. Машиностроение, 1993. - 304 с.

2. Петунин В.И. Синтез логико-динамических систем автоматического управления газотурбинными двигателями на основе согласования и адаптации каналов управления: дис. ... д-ра. техн. наук: 05.13.01. - Уфимский гос. авиационный техн. университет, Уфа, 2011 - 332 с.

3. Гостев В.И. Нечеткие регуляторы в системах автоматического управления. -К.: Радиоматор, 2008. - 972с.

4. Боднер, В. А. Системы автоматического управления двигателями летательных аппаратов / В.А. Боднер, Ю. А. Рязанов, Ф. А. Шаймарданов. -М.: Машиностроение, 1973. - 248 с.

5. Гаевский, С. А. Автоматика авиационных газотурбинных силовых установок / С. А. Гаевский, Ф. Н. Морозов, Ю. П. Тихомиров. Под ред. А. В. Штоды. - М. Воениздат, 1980. - 247 с.

6. Гольберг, Ф. Д. Математические модели газотурбинных двигателей как объектов управления: Учебное пособие / Ф. Д. Гольберг, А. В. Бетенин. - М.: Изд-во МАИ, 1999. - 80 с.

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

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

9. Любомудров, Ю. В. Применение теории подобия при проектировании систем управления газотурбинных двигателей. - М.: Машиностроение, 1971. - 200 с.

10. Обрубова, Э.Н. Инженерный метод расчета параметров многорежимной упрощенной модели многовального ГТД / Э. Н. Обрубова // Автоматическое регулирование двигателей летательных аппаратов: Труды № 895 / ЦИАМ -1980, Вып. 19. - С. 79-95.

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

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

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

14. Черкез, А. Я. Инженерные расчеты газотурбинных двигателей методом малых отклонений / А. Я. Черкез. - М.: Машиностроение, 1975. - 380 с.

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

16. Штода, А. В. Системы управления и регулирования авиационных двигателей / А. В. Штода, Ф. Н. Морозов, А. Г. Шнуков. Под ред. А. В. Штоды. - М.: ВВИА им. Н. Е. Жуковского, 1977. - 267 с.

17. Kulikov G. G., Thompson H. A. Dynamic Modeling of Gas Turbines: Identification, Simulation, Condition Monitoring and Optimal Control / Advances in Industrial Control. - London: Springer-Verlag, 2004. - 309 p.

18. Mattingly J. D., Heiser W. H., Pratt D. T. Aircraft engine design. 2nd edition. AIAA education series. Published by AIAA, 2002. - 719 p.

19. Гольберг, Ф. Д. Особенности характеристик селектирующего устройства в гидроэлектронных САР ТРДДФ / Ф. Д. Гольберг, О. С. Гуревич // Автоматическое регулирование двигателей летательных аппраатов: Труды № 895 / ЦИАМ - 1980, Вып. 19. - С. 103-117.

20. Мееров, М. В. Системы многосвязного регулирования / М. В. Мееров. -М.: Наука, 1965. - 384 с.

21. Янушевский, Р. Т. Теория линейных оптимальных многосвязных систем управления / Р. Т. Янушевский. - М.: Наука, 1973. - 464 с.

22. Морозовский, В. Т. Многосвязные системы автоматического управления /

B. Т. Морозовский. - М.: Энергия, 1970. - 288 с.

23. Соболев, О. С. Методы исследования линейных многосвязных систем / О.

C. Соболев. - М.: Энергоатомиздат, 1985. - 120 с.

24. Васильев, В. И. Синтез многосвязных автоматических систем методом порядкового отображения / В. И. Васильев, Ф. А. Шаймарданов. - М.: Наука, 1983. - 126 с.

25. Автоматический контроль и диагностика систем управления силовыми установками летательных аппаратов / В. И. Васильев, Ю. М. Гусев, А. И. Иванов и др. - М.: Машиностроение, 1989. - 240 с.

26. Адаптивное системы управления газотурбинными двигателями летательных аппаратов / В. Ю. Рутковский, Б. Г. Ильясов, Ю. С. Кабальнов и др. - М.: Изд-во МАИ, 1994. - 224 с.

27. Буков, В. Н. Вложение систем. Аналитический подход к анализу и синтезу матричных систем / В. Н. Буков. - Калуга: Издательство научной литературы Н. Ф. Бочкаревой, 2006. - 720 с.

28. Гусев, Ю. М. Оптимальная система регулирования частоты вращения турбореактивного двигателя / Ю. М. Гусев, А. И. Иванов, Ю. А. Рязанов, Ф.

А. Шаймарданов // Автоматическое регулирование двигателей летательных аппаратов: Труды № 605 / ЦИАМ - 1973, Вып. 14. - С. 79-89.

29. Ефанов, В. Н. Научные проблемы создание интегрированной цифровой САУ ТВВД для АН-70 / В. Н. Ефанов // Мир авионики, 1998, № 2. - С. 52-55.

30. Иванов, В. А. Математические основы теории автоматического регулирования. Учебное пособие для вузов / В. А. Иванов, В. С. Медведев, Б. К. Чемоданов. А. С. Ющенко. Под ред. Б. К. Чемоданова. - М.: Высшая школа, 1971. - 808 с.

31. Ильясов, Б. Г. Концепции организации многосвязного управления и структуры многосвязных систем / Б. Г. Ильясов, Е. В. Денисова, Г. А. Саитова, Е. А. Халикова // Мехатроника, автоматизация, управление. 2005. № 8. - С. 3-8.

32. Иноземцев, А. А. Автоматика и регулирование авиационных двигателей и энергетических установок: учебник для студентов вузов / А. А. Иноземцев, М. А. Нихамкин, В. Л. Саидрацкий (Серия: Газотурбинные двигатели. Основы конструирования авиационных двигателей и энергетических установок, Т. 5). - М.: Машиностроение, 2008. - 187 с.

33. Методы оптимизации испытаний и моделирования систем управления газотурбинными двигателями / В. Т. Дедеш, В. М. Герман, В. Г. Августинович и др.; Под общ. ред. В. Т. Дедеша. - М.: Машиностроение, 1990. - 160 с.

34. Многоуровневое управление динамическими объектами / В. И. Васильев, Ю. М. Гусев, В. Н. Ефанов и др. - М.: Наука, 1987. - 309 с.

35. Основы теории многосвязных систем автоматического управления летательными аппаратами / С. Ф. Бабак, В. И. Васильев, Б. Г. Ильясов и др. Под ред. М. Н. Красильщикова. - М.: Изд-во МАИ, 1995. - 288 с.

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

37. Распопов, Е. В. Система автоматического управления силовой установки самолета АН-70 / Е. В. Распопов, И. А. Каримов // Мир авионики, 1998, № 3.

- С. 31-35.

38. Синяков, А. Н. Системы автоматического управления ЛА и их силовыми установками: Учебник для студентов высших технических учебных заведений / А. Н. Синяков, Ф. А. Шаймарданов. - М.: Машиностроение, 1991.

- 320 с.

39. Шаймарданов, Ф. А. Синтез систем автоматического регулирования авиационных двигателей / Ф. А. Шаймарданов. - Уфа: УАИ, 1974. - 144 с.

40. Дезоер, Ч. Системы с обратной связью: вход-выходные соотношения / Ч. Дезоер, М. Видьясагар. - М.: Наука, 1983. - 280 с.

41. Дорф, Р. Современные системы управления / Р. Дорф, Р. Бишоп. Пер. с англ. Б. И. Копылова. - М.: Лаборатория Базовых Знаний, 2002. - 832 с.

42. Филипс, Ч. Системы управления с обратной связью / Ч. Филипс, Р. Харбор. Пер. с англ. Б. И. Копылова. - М.: Лаборатория Базовых знаний. 2001. - 616 с.

43. Kaizuka H. Multivariable servo system design method using structural features of controlled systems. Int. J. control, 1989, vol. 49, no. 4. - P. 1409-1419.

44. Lutz W. J., Hakimi S. L. "Design of Multi-Input Multi-Output Systems with Minimum Sensitivity". IEEE Transaction on circuits and systems., 1988, vol. 35, no. 9 - P. 1114-1122.

45. Wittenmark B., Middleton R. H. and Goodwin G. C. "Adaptive decoupling of multivariable systems". Int. J. Control, 1987, vol. 46, no. 6. - P. 1993-2009.

46. Yanchevsky A. E. Optimal decentralized controller for multivariate plants // Int. T. Systems SCi. - 1987. v. 18, N. 1. - P. 177-187.

47. Burns R. S. Advanced Control Engineering. Butterworth-Heinemann, Oxford, 2001. - 450 p.

48. Gutman S. Applied Min-Max approach to Missile Guidance and Control. Progress in Astronautics and Aeronautics Series. Published by AIAA, 2005, - 290 p.

49. Mayne R., Murray D. Application of Parameter Estimation Methods to High Unstable Aircraft // AIAA Journal of Guidance, Control, and Dynamics. 1988. Vol. 11, N. 3. - P. 213-219.

50. Robinson K. Engine controls for integrated aircraft systems. - Aircraft Engineering, 1986, vol. 58, No 4. - P. 8-12.

51. Tao G. Adaptive Control Design and Analysis. Hobocken, NJ: Wiley, 2003. -618 p.

52. Visioli A. Practical PID Control. London: Springer, 2006. - 310 p.

53. Гуревич, О. С. Перспективные направления развития САУ ГТД в работах ГНЦ ЦИАМ / О. С. Гуревич // Авиадвигатели XXI века: матер. III Междунар. науч.-техн. конф. - М.: ЦИАМ, 2010. - С. 838-843.

54. Васильев, В. И. Интеллектуальные системы управления и контроля ГТД: проблемы и перспективы / В. И. Васильев, Б. Г. Ильясов // Авиадвигатели XXI века: матер. III Междунар. науч.-техн. конф. - М.: ЦИАМ, 2010. - С. 854-855.

55. Жуковская, Э. П. Диагностика и реконфигурация подсистем управления газотурбинным двигателем на основе нечеткой логики / Э. П. Жуковская, М. В. Лебедев // Авиакосмическое приборостроение. 2002. № 3. - С. 40-44.

56. Макаров, И. М. Искусственный интеллект и интеллектуальные системы управления / И. М. Макаров, В. М. Лохин, С. В. Манько, П. М. Романов. Отв. ред. И. М. Макаров. - М.: Наука, 2006. - 333 с.

57. Нейрокомпьютеры в авиации (самолеты) / Под ред. В. И. Васильева, Б. Г. Ильясова, С. Т. Кусимова. (Научная серия «Нейрокомпьютеры и их применение», редактор А. И. Галушкин. Книга 14): Учебное пособие для вузов. - М.: Радиотехника, 2004. - 497 с.

58. Рутковский, Л. Методы и технологии искусственного интеллекта / Л. Рутковский. Пер. с польского И. Д. Рудинского. - М.: Горячая линия -Телеком, 2010. - 520 с.

59. Управление и наведение беспилотных маневренных летательных аппаратов на основе современных информационных технологий / Под ред. М. Н. Красильщикова и Г. Г. Себрякова. - М.: Физматлит, 2005. - 280 с.

60. Цыпкин, Я. З. Адаптация и обучение в автоматических системах / Я. З. Цыпкин. - М.: Наука, 1968. - 400 с.

61. Идентификация систем управления авиационных газотурбинных двигателей / В. Г. Августинович, В. А. Акиндинов, Б. В. Боев и др. Под ред. В. Т. Дедеша. - М.: Машиностроение, 1984. - 200 с.

62. Догановский, С. А. Параметрические системы автоматического регулирования / С. А. Догановский. М.: - Энергия, 1973. - 168 с.

63. Озеряный, Н. А. Системы с параметрической обратной связью / Н. А. Озеряный. - М.: Энергия, 1974. - 152 с.

64. Емельянов, С. В. Новые типы обратной связи: Управление при неопределенности / С. В. Емельянов, С. К. Коровин. - М.: Наука. Физматлит, 1997. - 352 с.

65. Жильцов, К. К. Приближенные методы расчета систем с переменной структурой / К. К. Жильцов. - М.: Энергия, 1974. - 224 с.

66. Теория систем с переменной структурой / С. В. Емельянов, В. И. Уткин, В. А. Таран и др. Под ред. С. В. Емельянова. - М.: Наука, 1970. - 592 с.

67. Уткин, В. И. Скользящие режимы в задачах оптимизации и управления / В. И. Уткин. - М.: Наука, 1981. - 368 с.

68. Savkin A. V., Evans R. J. Hybrid Dynamical Systems: Controller and Sensor

Switching Problems Series Control Engineering. Boston: Birkhauser, 2002. - 153 p.

69. Van der Schaft A. J., Schumacher H. An Introduction to Hybrid Dynamical Systems. Lecture Notes in Control and Information Sciences, vol. 251. Springer, 2009. - 190 p.

70. Горбатов, В. А. Теория автоматов: учебник для студентов втузов / В. А. Горбатов, А. В. Горбатов, М. В. Горбатова. - М.: АСТ: Астрель, 2008. - 559 с.

71. Жук, К. Д. Автоматизированное проектирование логико-динамических систем / К. Д. Жук, А. А. Тимченко. - Киев: Наукова думка, 1981. - 320 с.

72. Шалыто, А. А. Логическое управление. Методы аппаратной и программной реализации алгоритмов / А. А. Шалыто. - СПб.: Наука, 2000 -780 с.

73. Ахметгалеев, И. И. Об одном виде двумерных систем с переменной структурой / И. И. Ахметгалеев // Электронные узлы систем контроля и управления летательных аппаратов: Труды, вып. 51. - Уфа: УАИ, 1974. - С. 94-100.

74. Гильбо, Е. П. Обработка сигналов на основе упорядоченного выбора (мажоритарное и близкие к нему преобразования) / Е. П. Гильбо, И. Б. Челпанов. - М.: Сов. радио, 1976. - 344 с.

75. Гинзбург, С. А. Математическая непрерывная логика и изображение функций / С. А. Гинзбург. - М.: Энергия, 1968. - 136 с.

76. Левин, В. И. Динамика логических устройств и систем / В. И. Левин. -М.: Энергия, 1980. - 224 с.

77. Смольников, Л. П. Расчет кусочно-линейных систем / Л. П. Смольников, Ю. А. Бычков. - Л.: Энергия, 1972. - 160 с.

78. Филиппов, А. Ф. Дифференциальные уравнения с разрывной правой частью / А. Ф. Филиппов. - М.: Наука, 1985. - 224 с.

79. Артемьев, В. М. Управление в системах с разделением времени / В. М. Артемиев, В. А. Ганэ, В. Л. Степанов. - Минск: Вышэйшая школа, 1982. -223 с.

80. Добрынин, А. Н. Исследование статических характеристик САР при совместной работе регулятора и ограничителя / А. Н. Добрынин // Автоматическое регулирование двигателей летательных аппаратов: Сб. статей № 59. - ЦИАМ, 1967. - С. 25-40.

81. Добрынин, А. Н. Устройства, обеспечивающие исключение совместной работы нескольких регуляторов в гидромеханических системах ТРД / А. Н. Добрынин // Автоматическое регулирование двигателей летательных аппаратов: Труды № 519, вып. 13. - ЦИАМ, 1972. - С. 106-125.

82. Письменный, И. Л. Совместная работа регуляторов двух параметров с одним исполнительным органом / И. Л. Письменный // Автоматическое регулирование двигателей летательных аппаратов: Труды № 895 / ЦИАМ -1980, Вып. 19. - С. 133-142.

83. Гуревич, О. С. Управление авиационными газотурбинными двигателями: Учебное пособие / О. С. Гуревич. - М.: Изд-во МАИ, 2001. - 100 с.

84. Мушик, Э. Методы принятия технических решений / Э. Мушик, П. Мюллер. - М.: Мир, 1990. - 208 с.

85. Козлов, В. Н. Системный анализ, оптимизация и принятие решений / В. Н. Козлов. - М.: Проспект, 2010. - 176 с.

86. Ивахненко, А. Г. Принятие решений на основе самоорганизации / А. Г. Ивахненко, Ю. П. Зайченко, В. Д. Димитров. - М.: Советское радио, 1976. -280 с.

87. Мирошник, И. В. Теория автоматического управления. Нелинейные и оптимальные системы. Учебное пособие для студентов вузов / И. В. Мирошник. - СПб.: Питер, 2006. - 272 с.

88. Громыко, В. Д. Самонастраивающиеся системы с моделью / В. Д. Громыко, Е. А. Санковский. - М.: Энергия, 1974. - 80 с.

89. Ильясов, Б. Г. Самоорганизующаяся система управления ГТД / Б. Г. Ильясов, В. И. Васильев, Е. В. Денисова, Г. А. Саитова // Труды Второй Всеросс. науч.-техн. конф. с междунар. участием «Мехатроника, автоматизация, управление». Уфа, 2005. Том 1. - С. 277-280.

90. Кабальнов, Ю. С. Синтез самонастраивающихся систем с эталонной моделью / Ю. С. Кабальнов, Р. А. Мунасыпов, Е. В. Распопов. - Уфа: УАИ, 1991. - 101 с.

91. Красовский, А. А. Развитие концепции, аналитическое обеспечение двухконтурного самоорганизующегося регулятора / А. А. Красовский // Изв. РАН. Теория и системы управления, 1999, №4. С. 52-64.

92. Рубашкин, И. Б. Адаптивные системы взаимосвязанного управления электроприводами / И. Б. Рубашкин. - Л.: Энергия, 1975. - 160 с.

93. Саридис, Дж. Самоорганизующиеся стохастические системы управления / Дж. Саридис. - М.: Наука, 1980. - 400 с.

94. Новиков, Д. А. Аналитическая сложность и погрешность решения задач управления организационно-техническими системами / Д. А. Новиков // Автоматика и телемеханика. - 2018. - № 5. - С. 107-118. - EDN UOULMC.

95. Дьяконов, В. Математические пакеты расширения MATLAB: Специальный справочник / В. Дьяконов, В. Круглов. - СПб.: Питер, 2001 -480 с.

96. Лазарев, Ю. Ф. Моделирование процессов и систем в MATLAB. Учебный курс / Ю. Ф. Лазарев. - СПб.: Питер; Киев: Издательская группа BHV, 2005.

- 512 с.

97. Штовба С.Д. Проектирование нечетких систем средствами МАТЬАВ / С.Д. Штовба. - М.: Горячая линия-Телеком, 2007. - 288 с.

98. Сторожев, С.А. Нейронечеткое управление выбросами вредных веществ авиационного газотурбинного двигателя [Текст] / С.А. Сторожев, А.А. Южаков, Ю.Н. Хижняков [и др.] // Мехатроника, автоматизация, управление.

- 2020. - Т. 21. - № 6. - С. 348-355.

99. Сторожев, С.А. Селективное управление газотурбинным двигателем [Текст] / С.А. Сторожев, А.А. Южаков, Ю.Н. Хижняков, В.С. Никулин // Электротехника. - 2020. - № 11. - С. 18-21.

100. Сторожев, С.А. Адаптивный виртуальный измеритель вредных веществ в камере сгорания ГТД с применением нечеткой технологии [Текст] / С.А. Сторожев, Д.М. Абдуллин, Ю.Н. Хижняков, В.С. Никулин // Труды МАИ. -2021. - № 116. - URL: https://trudymai.ru/published.php?ID=121086.

101. Сторожев, С.А. Новый метод адаптации регулятора состояний с применением нечеткой логики [Текст] / С.А. Сторожев, Ю.Н. Хижняков// Труды МАИ. - 2021. - № 118. - URL: https://trudymai.ru/published.php?ID=158255.

102. Storozhev, S. Gas Turbine Engine Combustion Chamber Pollutant Meter Using Neural Technology / S. Storozhev, Yu. Khizhnyakov, V. Nikulin // Proceedings of the 2021 IEEE Conference of Russian Young Researchers in Electrical and Electronic Engineering (ElConRus), 26-29 Jan., 2021. P. 934-936.

103. Storozhev, S. Fuzzy Adaptive Control of a Stochastic Non-deterministic Object / S. Storozhev, A. Yuzhakov, Yu. Khizhnyakov, V. Nikulin // Proceedings of the 2022 IEEE Conference of Russian Young Researchers in Electrical and Electronic Engineering (ElConRus), 25-28 Jan., 2022. P. 675-679.

104. Сторожев, С.А. Виртуальный адаптивный векторно-матричный измеритель окислителя камеры сгорания газотурбинного двигателя [Текст] / С.А. Сторожев, Ю.Н. Хижняков, В.С. Никулин // Труды МАИ. - 2021. - № 121. - URL: https://trudymai.ru/published.php?ID=162668.

105. Сторожев, С.А. Методика проектирования нейронного ПИД-регулятора для управления оборотами газотурбинного двигателя на различных режимах полета [Текст] / С.А. Сторожев, Ю.Н. Хижняков, В.С. Никулин, Д.М. Абдуллин // XLVI Международная молодежная научная конференция "Гагаринские чтения - 2020", М. - С. 275-276.

106. Сторожев, С.А. Метод переключения регуляторов контуров САУ ГТД [Текст] / С.А. Сторожев, А.А. Южаков // II Международная конференция "Математическое моделирование", 21-22 июля 2021 г., М. - С. 117-118.

107. Сторожев, С.А. Нечеткий регулятор состояний [Текст] / С.А. Сторожев, А.А. Южаков, Ю.Н. Хижняков, В.С. Никулин // Международная конференция "Интеллектуальные системы в науке и технике", 12-18 октября 2020 г., Пермь. - С. 240-246.

108. Сторожев, С.А. Адаптивное двухстороннее мультиагентное управление газотурбинного двигателя [Текст] / С.А. Сторожев, А.А. Южаков, Ю.Н. Хижняков, В.С. Никулин // Международная конференция "Интеллектуальные системы в науке и технике", 12-18 октября 2020 г., Пермь. - С. 233-240.

109. Групповой регулятор на базе нечеткой логики: свидетельство о гос. регистрации программы для ЭВМ № 2022617353, РФ / С.А. Сторожев, А.А. Южаков, Ю.Н. Хижняков, В.С. Никулин. Опубл. 20.04.2022 г.

110. Сторожев С.А. Адаптация нечеткого группового регулятора к изменяющимся условиям эксплуатации // Управление большими системами. Выпуск 100. М.: ИПУ РАН, 2022. С.174-193. DOI: https://doi.org/10.25728/ubs.2022.100.8

111. Сторожев, С.А. Групповое управление переопределенными объектами на базе нечеткой логики / С.А. Сторожев, А.А. Южаков // XVIII Всероссийская школа-конференция молодых ученых "УПРАВЛЕНИЕ БОЛЬШИМИ СИСТЕМАМИ", 5-8 сентября 2022 г., Челябинск. - С. 186-194.

ПРИЛОЖЕНИЯ Приложение А

Программный код для определения метки селектора

function ms = fcn(out selector,Xnv min,Xs,Xp,Xnv max,Xnv)

ms = 0;

if out_selector==Xnv ms = 1;

end

if out_selector==Xnv_max ms=2;

end

if out selector==Xnv min ms=3;

end

if out_selector==Xp ms=4;

end

if out_selector==Xs ms=5;

end

Программный код для определения метки нечеткого группового

регулятора

function [m1,m2,m3,m4,m5] = fcn(Mnv min,Ms,Mp,Mnv,Mnv max)

m1=0;m2=0;m3=0;m4=0;m5=0; _ _

if Mnv>0 m1=1;

end

if Mnv_max>0 m2=2;

end

if Mnv_min>0 m3=3;

end

if Mp>0 m4=4;

end

if Ms>0 m5=5;

end

Приложение В Программный код терм множества «П»

function Mu P = fcn(a,e)

Mu_P=0; _

if e<=-a

Mu_P=0;

end

if e>-a & e<a

Mu_P=(e+a)/(2*a);

end

if e>=a

Mu_P=1;

end

Программный код терм множества «О»

function Mu O = fcn(e,a)

Mu_O=0; _

if e<=-a

Mu_O=1;

end

if e>-a & e<a

Mu_O=(a-e)/(2*a);

end

if e>=a

Mu_O=0;

end

Программный код терм множества «П» с учетом адаптации

function Mu P = fcn(pf,e,a)

Mu_P=0; _

if e<=-a+pf Mu_P=0;

end

if e>-a+pf & e<a+pf

Mu_P=(e+a-pf)/(2*a);

end

if e>=a+pf Mu_P=1;

end

Программный код терм множества «О» с учетом адаптации

function Mu O = fcn(a,e,pf)

Mu_O=0; _

if e<=-a+pf Mu_O=1;

end

if e>-a+pf & e<a+pf

Mu_O=(a+pf-e)/(2*a);

end

if e>=a+pf Mu_O=0;

end

Настройки регуляторов контуров на «максимальном режиме»

Коэффициенты регуляторов контуров "пв", "пв_тах" и "пв_тт": пу_Кр = 0.9699; пу_Кё = 1.7118.

Коэффициенты регуляторов контуров "ёпв_п" и "ёпв_с": ёпу_р_Кр = 9.1987; ёпу_р_Кё = 0.4632; ёпу_в_Кр = 9.1987; ёпу_в_Кё = 0.4632;

Настройки регуляторов контуров на «крейсерском режиме»

Коэффициенты регуляторов контуров "пв", "пв_тах" и "пв_тт": пУ_Кр = 1.1661; пу_Кё = 2.1994.

Коэффициенты регуляторов контуров "ёпв_п" и "ёпв_с": ёпу_р_Кр = 18.3258; ёпу_р_Кё = 3.5952; ёпу_в_Кр = 18.3258; ёпу_в_Кё = 3.5952;

Настройки регуляторов контуров на «режиме малого газа»

Коэффициенты регуляторов контуров "пв", "пв_тах" и "пв_тт": пу_Кр = 0.2574; пу_Кё = 0.9645.

Коэффициенты регуляторов контуров "ёпв_п" и "ёпв_с": ёпу_р_Кр = 23.2714; ёпу_р_Кё = 7.8968; ёпу_Б_Кр = 23.2714; ёпу_в_Кё = 7.8968;

Результаты экспериментов логико-динамической САУ подачей топлива в камеру сгорания ГТД с селектором и селективным НГР

Результаты первого вида эксперимента на «крейсерском» режиме в идеальных условиях приведены на рисунках Е.1 - Е.9.

Рис. Е.1. Сравнение оборотов вентилятора «п_в» в первом виде эксперимента САУ ГТД с селектором и НГР на «крейсерском» режиме в идеальных условиях

Показатели

качества

С(1КР) = 26.28 - 20 = 6.28 с;

С (1КР)% =

Итах - Кс„\_ |1.0136 - 1| _

САУ

2.72%;

ГТД

с

селектором:

I

С (1КР) _

2

= 46.58 - 40 = 6.58 с;

а,

С (1КР) 2

% =

И . - И

тт уст

I

НГР(1КР) _

dИ 0.5

10.4949 - 0.5|

= ]-[ = 1.02%;

dИ 0.5

Показатели качества САУ ГТД с НГР: ^НГР(1КР) = 26.08 - 20 = 6.08 с;

'Итах - Иуст\_ |1.0145 - 1|

2

= 46.36 - 40 = 6.36 с;

НГР(1КР) 1

%=

dИ

0.5

= 2.9%;

а,

НГР(1КР) % =

И_.._ -

dИ

И 0.4947 - 0.5

= 1--1 = 1.06%;

0.5

НГР уменьшает время переходного процесса на приемистости на 0.2 с и на сбросе на 0. 22 с, при этом увеличивается перерегулирование на приемистости на 0.18% и на сбросе на 0.04% по сравнению с селектором.

На рисунке Е.2 приведены ускорения частоты вращения вентилятора «ёпв», ограничения приемистости «ёпв_п_зад» и сброса «ёпв_с_зад».

Рис. Е.2. Сравнение ускорений частоты вращения вентилятора «ёпв» в первом виде эксперимента САУ ГТД с селектором и НГР на «крейсерском» режиме в идеальных

условиях

На рисунке Е.3 приведены управляющие воздействия на дозатор топлива в камеру сгорания «ёОт*».

Рис. Е.3. Сравнение управляющих воздействий на дозатор топлива в камеру сгорания «ёвт*» в первом виде эксперимента САУ ГТД с селектором и НГР на «крейсерском»

режиме в идеальных условиях

На рисунке Е.4 приведено количество топлива в камере сгорания САУ

ГТД.

Рис. Е.4. Сравнение количества топлива в камере сгорания «вт» в первом виде эксперимента САУ ГТД с селектором и НГР на «крейсерском» режиме в идеальных

условиях

На рисунках Е.5 и Е.6 приведены сигналы контуров селектора и НГР.

Рис. Е.5. Сигналы регуляторов контуров в первом виде эксперимента САУ ГТД с селектором на «крейсерском» режиме в идеальных условиях

Рис. Е.6. Сигналы регуляторов контуров в первом виде эксперимента САУ ГТД с НГР на

«крейсерском» режиме в идеальных условиях

На рисунке Е.7 приведена метка селектора, она отражает работу того или иного контура в каждый момент времени.

На рисунке Е.8 приведена метка НГР.

Рис. Е.8. Метка НГР в первом виде эксперимента САУ ГТД на «крейсерском» режиме в

идеальных условиях

Значения степеней принадлежности «Мпу», «Мпу_тах», «Мпу_тт», «Мр», «Мб» приведены на рисунке Е.9.

Результаты первого вида эксперимента на «крейсерском» режиме с учетом слабых флуктуационных помех приведены на рисунках Е. 10 - Е.18.

Рис. Е.10. Сравнение оборотов вентилятора «п_в»

Рис. Е.13. Сравнение количества топлива в камере сгорания «Gт»

Рис. Е.15. Сигналы регуляторов контуров САУ ГТД с НГР

Рис. Е.17. Метка НГР

Результаты первого вида эксперимента на «крейсерском» режиме с учетом импульсных помех приведены на рисунках Е.19 - Е.27.

Рис. Е.19. Сравнение оборотов вентилятора «п_в»

Рис. Е.21. Сравнение управляющих воздействий на дозатор топлива в камеру сгорания

«dGт*»

Рис. Е.23. Сигналы регуляторов контуров САУ ГТД с селектором

Рис. Е.25. Метка селектора

Рис. Е.27. Степени принадлежности НГР

Результаты первого вида эксперимента на режиме «малый газ» в идеальных условиях приведены на рисунках Е.28 - Е.36.

Ready Sample based 7=75.000

Рис. Е.29. Сравнение ускорений частоты вращения вентилятора <^пв»

Рис. Е.31. Сравнение количества топлива в камере сгорания «Gт»

Рис. Е.33. Сигналы регуляторов контуров САУ ГТД с НГР

Рис. Е.35. Метка НГР

Результаты первого вида эксперимента на режиме «малый газ» с учетом слабых флуктуационных помех приведены на рисунках Е.37 - Е.45.

Рис. Е.37. Сравнение оборотов вентилятора «п_в»

Рис. Е.40. Сравнение количества топлива в камере сгорания «вт»

Рис. Е.42. Сигналы регуляторов контуров САУ ГТД с НГР

Рис. Е.44. Метка НГР

Результаты первого вида эксперимента на режиме «малый газ» с учетом импульсных помех приведены на рисунках Е.46 - Е.54.

Рис. Е.46. Сравнение оборотов вентилятора «п_в»

Рис. Е.48. Сравнение управляющих воздействий на дозатор топлива в камеру сгорания

«dGт*»

Рис. Е.50. Сигналы регуляторов контуров САУ ГТД с селектором

Рис. Е.52. Метка селектора

Рис. Е.54. Степени принадлежности НГР

Результаты второго вида эксперимента на «максимальном режиме» в идеальных условиях приведены на рисунках Е.55 - Е.63.

Рис. Е.56. Сравнение ускорений частоты вращения вентилятора «ёив»

Рис. Е.58. Сравнение количества топлива в камере сгорания «Gт»

Рис. Е.60. Сигналы регуляторов контуров САУ ГТД с НГР

Рис. Е.62. Метка НГР

Результаты второго вида эксперимента на «максимальном режиме» с учетом слабых флуктуационных помех приведены на рисунках Е.64 - Е.72.

Рис. Е.64. Сравнение оборотов вентилятора «п_в»

Рис. Е.67. Сравнение количества топлива в камере сгорания «вт»

Рис. Е.69. Сигналы регуляторов контуров САУ ГТД с НГР

Рис. Е.71. Метка НГР

Результаты второго вида эксперимента на «максимальном режиме» с учетом импульсных помех приведены на рисунках Е.73 - Е.81.

Рис. Е.73. Сравнение оборотов вентилятора «п_в»

Рис. Е.75. Сравнение управляющих воздействий на дозатор топлива в камеру сгорания

«dGт*»

Рис. Е.77. Сигналы регуляторов контуров САУ ГТД с селектором

Рис. Е.79. Метка селектора

Рис. Е.81.

Результаты второго вида эксперимента на «крейсерском» режиме в идеальных условиях приведены на рисунках Е.82 - Е.90.

Рис. Е.83. Сравнение ускорений частоты вращения вентилятора «ёив»

Рис. Е.85. Сравнение количества топлива в камере сгорания «Gт»

Рис. Е.87. Сигналы регуляторов контуров САУ ГТД с НГР

Рис. Е.89. Метка НГР

Результаты второго вида эксперимента на «крейсерском» режиме с учетом слабых флуктуационных помех приведены на рисунках Е.91 - Е.99.

Рис. Е.91. Сравнение оборотов вентилятора «п_в»

Рис. Е.94. Сравнение количества топлива в камере сгорания «вт»

Рис. Е.96. Сигналы регуляторов контуров САУ ГТД с НГР

Рис. Е.98. Метка НГР

Результаты второго вида эксперимента на «крейсерском» режиме с учетом импульсных помех приведены на рисунках Е.100 - Е.108.

Рис. Е.100. Сравнение оборотов вентилятора «п_в»

Рис. Е.102. Сравнение управляющих воздействий на дозатор топлива в камеру сгорания

«ёвт*»

Рис. Е.104. Сигналы регуляторов контуров САУ ГТД с селектором

Рис. Е.106. Метка селектора

Рис. Е.108. Степени принадлежности НГР

Результаты второго вида эксперимента на режиме «малый газ» в идеальных условиях приведены на рисунках Е.109 - Е.117.

П Di- в сравнение -|П| х|

File Tools Wem Simulation Help ■'Ы

« © «> Э # № ■

1.................1.................L................J.................1.................1.................L................J.................J.................L

2D253C354Ü 45 5Ü5563e5

Ready Sample based =75.000

Рис. Е.110. Сравнение ускорений частоты вращения вентилятора «ёив»

Рис. Е.112. Сравнение количества топлива в камере сгорания «вт»

Рис. Е.114. Сигналы регуляторов контуров САУ ГТД с НГР

Рис. Е.116. Метка НГР

Результаты второго вида эксперимента на режиме «малый газ» с учетом слабых флуктуационных помех приведены на рисунках Е.118 - Е.126.

Рис. Е.118. Сравнение оборотов вентилятора «п_в»

Рис. Е.121. Сравнение количества топлива в камере сгорания «вт»

Рис. Е.123. Сигналы регуляторов контуров САУ ГТД с НГР

Рис. Е.125. Метка НГР

Результаты второго вида эксперимента на режиме «малый газ» с учетом импульсных помех приведены на рисунках Е.127 - Е.135.

Рис. Е.127. Сравнение оборотов вентилятора «п_в»

Рис. Е.129. Сравнение управляющих воздействий на дозатор топлива в камеру сгорания

«ёвт*»

Рис. Е.131. Сигналы регуляторов контуров САУ ГТД с селектором

Рис. Е.133. Метка селектора

Рис. Е.135. Степени принадлежности НГР

Результаты третьего вида эксперимента на «максимальном режиме» в идеальных условиях приведены на рисунках Е.136 - Е.144.

Рис. Е.137. Сравнение ускорений частоты вращения вентилятора «ёпв»

Рис. Е.139. Сравнение количества топлива в камере сгорания «вт»

Рис. Е.141. Сигналы регуляторов контуров САУ ГТД с НГР

Рис. Е.143. Метка НГР

Результаты третьего вида эксперимента на «максимальном режиме» с учетом слабых флуктуационных помех приведены на рисунках Е.145 - Е.153.

Рис. Е.145. Сравнение оборотов вентилятора «п_в»

Рис. Е.148. Сравнение количества топлива в камере сгорания «вт»

Рис. Е.150. Сигналы регуляторов контуров САУ ГТД с НГР

Рис. Е.152. Метка НГР

Результаты третьего вида эксперимента на «максимальном режиме» с учетом импульсных помех приведены на рисунках Е.154 - Е.162.

Рис. Е.154. Сравнение оборотов вентилятора «п_в»

Рис. Е.156. Сравнение управляющих воздействий на дозатор топлива в камеру сгорания

«ёвт*»

Рис. Е.158. Сигналы регуляторов контуров САУ ГТД с селектором

Рис. Е.160. Метка селектора

Рис. Е.162.

Результаты третьего вида эксперимента на «крейсерском» режиме в идеальных условиях приведены на рисунках Е.163 - Е.171.

Рис. Е.164. Сравнение ускорений частоты вращения вентилятора «ёпв»

Рис. Е.166. Сравнение количества топлива в камере сгорания «вт»

Рис. Е.168. Сигналы регуляторов контуров САУ ГТД с НГР

Рис. Е.170. Метка НГР

Результаты третьего вида эксперимента на «крейсерском» режиме с учетом слабых флуктуационных помех приведены на рисунках Е.172 - Е.180.

Рис. Е.172. Сравнение оборотов вентилятора «п_в»

Рис. Е.175. Сравнение количества топлива в камере сгорания «вт»

Рис. Е.177. Сигналы регуляторов контуров САУ ГТД с НГР

Рис. Е.179. Метка НГР

Результаты третьего вида эксперимента на «крейсерском» режиме с учетом импульсных помех приведены на рисунках Е.181 - Е.189.

Рис. Е.181. Сравнение оборотов вентилятора «п_в»

Рис. Е.183. Сравнение управляющих воздействий на дозатор топлива в камеру сгорания

«ёвт*»

Рис. Е.185. Сигналы регуляторов контуров САУ ГТД с селектором

Рис. Е.187. Метка селектора

Рис. Е.189. Степени принадлежности НГР

Результаты третьего вида эксперимента на режиме «малый газ» в идеальных условиях приведены на рисунках Е.190 - Е.198.

Рис. Е.191. Сравнение ускорений частоты вращения вентилятора «ёпв»

Рис. Е.193. Сравнение количества топлива в камере сгорания «вт»

Рис. Е.195. Сигналы регуляторов контуров САУ ГТД с НГР

Рис. Е.197. Метка НГР

Результаты третьего вида эксперимента на режиме «малый газ» с учетом слабых флуктуационных помех приведены на рисунках Е.199 - Е.207.

Рис. Е.199. Сравнение оборотов вентилятора «п_в»

Рис. Е.202. Сравнение количества топлива в камере сгорания «вт»

Рис. Е.204. Сигналы регуляторов контуров САУ ГТД с НГР

Рис. Е.205. Метка НГР

Результаты третьего вида эксперимента на режиме «малый газ» с учетом импульсных помех приведены на рисунках Е.208 - Е.216.