novtexmechМехатроника, автоматизация, управлениеMekhatronika, Avtomatizatsiya, Upravlenie1684-64272619-1253Commercial Publisher «New Technologies»10.17587/mau.19.595-600novtexmech-510Research ArticleСИСТЕМНЫЙ АНАЛИЗ, УПРАВЛЕНИЕ И ОБРАБОТКА ИНФОРМАЦИИSYSTEM ANALYSIS, CONTROL AND INFORMATION PROCESSINGМодификация многорежимного управления воздушным реактивным двигателемModification of Multimode Control of an Air Jet EngineХижняковЮ. Н.KhizhnyakovYu. N.

д-р техн. наук, проф.

Doctor of Technical Sciences, Associate Professor, Department of Automation and Remote Control, Professor of the Department of Automation and Remote Control

luda@at.pstu.ruЮжаковА. А.YuzhakovA. A.

д-р техн. наук, проф.

uz@at.pstu.ruСулимоваД. А.SulimovaD. A.dsulimova@list.ruПермский национальный исследовательский политехнический университетРоссияPerm National Research Polytechnic UniversityRussian FederationАО "ОДК-СТАР"РоссияAO "ODK - STAR"Russian Federation201811102018199595600Copyright © Commercial Publisher «New Technologies», 20182018Commercial Publisher «New Technologies»Commercial Publisher «New Technologies»https://mech.novtex.ru/jour/about/submissions#copyrightNoticehttps://mech.novtex.ru/jour/article/view/510

В настоящее время широкое применение находит концепция многорежимного управления сложными регулируемыми объектами, ключевым понятием которой является анализатор динамических ситуаций. В статье предлагается замена данного анализатора регулятором состояний на примере управления воздушным реактивным двигателем. Состояние воздушного реактивного двигателя характеризуется следующими переменными: частота вращения свободной турбины (вентилятор или компрессор низкого давления), частота вращения компрессора высокого давления, давление и температура горения газа за камерой сгорания и т. д., которые являются проекциями вектора состояния, где рабочая точка в текущий момент времени перемещается по статической характеристике. Все переменные зависят от расхода топлива, его качества и синхронно изменяются в текущий момент времени. В настоящее время все перечисленные параметры воздушного реактивного двигателя регулируются отдельно, что является недостатком. Предлагается заменить линейные регуляторы перечисленных параметров одним регулятором состояния, который управляет дозатором воздушного реактивного двигателя. Задача адаптивного нечеткого регулятора состояний — изменять расход топлива дозатором в целях управления параметрами для реализации различных режимов работы воздушного реактивного двигателя с применением нейронечеткой технологии. Разработанная модель регулятора состояний отвечает требованиям системы реального времени, а также снижает аппаратурные затраты на построение системы управления за счет исключения селектора.

Currently, multi-mode control is widely used in the management of complex controlled objects. The actual solution of this article is the replacement of the dynamic situation analyzer by the state controller by the example of controlling the air jet engine. The state of the air jet engine is characterized by the following variables: the rotary frequency of the free turbine (fan or low-pressure compressor), the rotary frequency of the high-pressure compressor, the pressure and combustion temperature of the gas in the combustion chamber, etc., which are projections of the state vector, where the operating point in the current time moves on the static characteristic. All variables depend on the fuel consumption, its quality and synchronously change at the current time. Currently, all listed parameters of the air jet engine are regulated separately, which is a disadvantage. It is proposed to replace the linear regulators of the above parameters with a single state regulator that controls the dispenser of an air jet engine. The task of the fuzzy adaptive controller state is to change the fuel consumption of the dispenser in order to control the parameters for implementing the various operating modes of the air jet engine using neural-fuzzy technology. The developed model of the state controller meets the requirements of the real-time system, and reduces the hardware costs for building the control system by eliminating the selector.

воздушно-реактивный двигательдатчикидозаторадаптивный нечеткий регулятор состоянияселекторair-jet enginesensorsdispenseradaptive fuzzy state controllerselectorReferencesФилимонов Н. Б. Системы многорежимного регулирования: концепция, принципы построения, проблемы синтеза // Известия высших учебных заведений "Приборостроение". 1988. Т. XXXI, No 2. С. 18—33.Filimonov N. B. Sistemy mnogorezhimnogo regulirovaniya: koncepciya, principy postroeniya, problem sinteza (Multimode regulation systems: concept, principles of construction, synthesis problems), The News of Higher Educational Institutions "InstrumentMaking", 1988, vol. XXX1, no. 2, pp. 18—33 (in Russian).Жук К. Д., Тимченко А. А., Доленко Т. И. Исследование структур и моделирование логико-динамических систем. Киев: Наукова думка, 1975. Тез. докл. Х Всесоюз. совещ. по проблемам управления. Кн. 1. М.: ВИНИТИ. 1986. С. 10—11.Zhuk K. D., Timchenko A. A., Dolenko T. I. Issledovanie struktur i modelirovanie logiko-dinamicheskikh system (Investigation of structures and modeling of logical-dynamic systems), Kiev, Naukova Dumka, 1975, Thesis. doc. X All-Union. sovshch. on problems of management. Book 1, Moscow, VINITI, 1986, pp. 10—11 (in Russian).Джафаров Э. М. Принципы построения и методы реализации комплекса многоструктурных автоматических систем и регуляторов на скользящих режимах // Тез. докл. Х Всесоюз. совещ. по проблемам управления. М.: ВИНИТИ. 1986. С. 41—42.Dzhafarov E. M. Principy postroeniya i metody realizacii kompleksa mnogostrukturnykh avtomaticheskikh sistem i regulatorov na skolzyaschikh rezhimakh (Principles of construction and methods for realizing a complex of multi-structure automatic systems and regulators on sliding regimes), Tez. doc. X All-Union. Soveshch. on Problems of Management, Book 1, Moscow, VINITI, 1986, pp. 41—42 (in Russian).Щавель В. В., Дорохов Е. Д., Исаков С. А., Земцов В. И. Двухзонные следящие системы. М.: Энергоатомиздат, 1984.Dorokhov E. D., Isakov S. A., Zemcov V. I. Dvukhzonnye sledyaschie sistemy (Two-zonetracking systems), Moscow, Energoatom izdat, 1984 (in Russian).Ашимов А. А., Соколова Т. П. Проектирование многомерных нелинейных систем управления с изменяющейся конфигурацией на основе метода сравнения // Тез. докл. Х Всесоюз. совещ. по проблемам управления. Кн. 1. М.: ВИНИТИ. 1986. С. 10—11.Ashimov A. A., Sokolova T. P. Proektirovanie mnogomernykh nelineinykh sistem upravleniya s izmenyayuscheisya konfiguraciei na osnove metoda sravneniya (Designing multidimensional nonlinear control systems with a changing configuration based on the comparison method), Tez. doc. X All-Union. Soveshch. on Problems of Management, Book 1, Moscow, VINITI, 1986, pp. 10—11 (in Russian).Старикова М. В. Исследование автоматических систем с логическим управляющими устройствами. М.: Машиностроение, 1978.Starikova M. V. Issledovanie avtomaticheskikh sistem s logicheskimi upravlyayuschimi ustroistvami (Investigation of automatic systems with logic control devices), Moscow, Mechanical Engineering, 1978 (in Russian).Колушев В. В., Мукасееева В. Н., Мунасыков Р. А. К синтезу оптимальных многофункциональных систем автоматического управления. Современные проблемы автоматического управления // Тез. докл. 51 Всесоюз. совещ.семинара молодых ученых. МВТУ. 1985. С. 71—72.Kolushev V. V., Mukaseeva V. N., Munasykov R. A. K sintezu optimalnykh mnogofunkcionalnykh sistem avtomaticheskogo upravleniya (To the synthesis of optimal multifunctional automatic control systems), Modern problems of automatic control: Tez. doc. 51 All-Union. sovsh.-seminar of young scientists, Moscow, Publishing house of MVTU, 1985, pp. 71—72 (in Russian).Теория систем с переменной структурой / Под ред. С. В. Емельянова. М.: Наука, 1967.Emelyanova S. V. ed. Teoriya sistem s peremennoi strukturoi (Theory of systems with variable structure), Moscow, Nauka, 1967 (in Russian).Солодовников В. В., Филимонов Н. Б. Динамическое качество систем автоматического регулирования. М.: Изд. МВТУ, 1987.Solodovnikov V. V., Filimonov N. B. Dinamicheskoe kachestvo sistem avtomaticheskogo regulirovaniya (Dynamic quality of automatic control systems), Moscow, Publishing house of MVTU, 1987 (in Russian).Клячкин А. Л. Теория воздушно-реактивных двигателей. М.: Машиностроение, 1969.Klyachkin A. L. Teoriya vozdushno-reaktivnykh dvigatelei (Theory of air-jet engines), Moscow, Publishing house "Mechanical Engineering", 1969 (in Russian).Пономарев Б. А. Двухконтурные турбореактивные двигатели. М.: Воениздат, 1973. 133 с.Ponomarev B. A. Dvukhkonturnye turboreaktivnye dvigateli (Two-circuit turbojet engines), Moscow, Military Publishing, 1973, 133 p. (in Russian).Шульгин В. А., Гайсинский С. Я. Двухконтурные турбореактивные двигатели маломощных самолетов. М.: Машиностроение, 1984. 168 с.Shulgin V. A., Gaisinskii S. Ya. Dvukhkonturnye turboreaktivnye dvigateli malomoschnykh samoletov (Two-circuit turbojet engines of low-powered aircraft), Moscow, Mechanical Engineering, 1984, 168 p. (in Russian).Шляхтенко С. М. Теория и расчет воздушно-реактивных двигателей: учебник для вузов. М.: Машиностроение, 1987. 568 с.Shlyakhtenko S. M. Teoriya i rachet vozdushno-reaktivnykh dvigatelei (Theory and calculation of air-jet engines: a textbook for high schools), Moscow, Mechanical Engineering, 1987, 568 p. (in Russian).Синяков А. Н., Шаймарданов Ф. А. Системы автоматического управления ЛА и их силовыми установками. М.: Машиностроение, 1991. 32 с.Sinyakov A. N., Shaimardanov F. A. Sistemy avtomaticheskogo upravleniya LA i ikh silovymi ustanovkami (Automatic control systems for aircraft and their power plants), Moscow, Mechanical Engineering, 1991, 32 p. (in Russian).Августинович В. Г. и др. Идентификация систем управления авиационных ГТД / Под общ. ред. В. Т. Дедеша. М.: Машиностроение, 1984. 196 с.Avgustinovich V. G., Kusnecova T. A. Identifikaciya sistem upravleniya aviacionnykh GTD (Identification of control systems foraviation GTE / Under the general), Moscow, Machine Building, 1984, 196 p. (in Russian).Августинович В. Г., Кузнецова Т. А. Повышение надежности систем автоматического управления газотурбинными двигателями с применением алгоритмических методов // Изв. Томского политехнического университета, 2015. Т. 326, No 9. С. 68—77.Avgustinovich V. G., Kusnecova T. A. Povyshenie nadezhnosti sistem avtomaticheskogo upravleniya gazoturbinnymi dvigatelyami c primeneniem algoritmicheskikh metodov (Improving the reliability of automatic control systems for gas turbine engines using algorithmic methods), Izv. Tomsk Polytechnic University, 2015, vol. 326, no. 9, pp. 68—77 (in Russian).Августинович В. Г., Кузнецова Т. А. Система автоматической параметрической диагностики газовоздушного тракта авиационного двигателя на базе робастной бортовой математической модели // Информационно-измерительные и управляющие системы. 2016. Т. 14, No 9. С. 17—23.Avgustinovich V. G., Kusnecova T. A. Sistem avtomaticheskoi parametricheskoi diagnostiki gazovozdushnogo trakta aviacionnogo dvigatelya na baze robastnoi bortovoi matematicheskoi modeli (The system of automatic parametric diagnostics of a gas-air tract of an aircraft engine on the basis of a robust onboard mathematical model), Information-measuring and control systems, 2016, vol. 14, no. 9, pp. 17—23 (in Russian).Круглов В. В., Голунов Р. Ю. Нечеткая логика и искусственные нейронные сети. М.: Физматлит, 2001. 224 с.Kruglov V. V., Golunov R. Yu. Nechetkaya logika i iskustvennye neironnye seti. (Fuzzy logic and artificial neural net works), Moscow, Fizmatlit, 2001, 224 p. (in Russian).Власов К. П. Теория автоматического управления. Основные положения. Примеры расчета: учеб. пособ. Харьков: Изд-во Гуманитарный центр, 2013. 544 с.Vlasov K. P. Teoriya avtomaticheskogo upravleniya. Osnovnye polozheniya. Primery racheta (Theory of automatic control. Basic provisions. Examples of calculation.Tutorial), Publishing house of the Humanitarian Center, 2013, 544 p. (in Russian).Дудкин Ю. П., Титов Ю. К., Филиппенков Р. Г., Хижняков Ю. Н. Нечеткое управление частотой вращения свободной турбиной газотурбинного двигателя // Вестник Московского авиационного института (государственный технический университет). 2010. Т. 17, No 6. С. 55—60.Dudkin Yu. P., Titov Yu. K., Filippenkov R. G., Khizhnyakov Yu. N. Nechetkoe upravlenie chastotoi vrascheniya svobodnoi turbinoi gazoturbinnogo dvigatelya. (Unclear control of the speed of rotation of a free turbine of a gas turbine engine), Bulletin of the Moscow Aviation Institute (State Technical University), 2010, vol. 17, no. 6, pp. 55—60 (in Russian).Хижняков Ю. Н., Южаков А. А. Нейронечеткий регулятор частоты газотурбинного двигателя // Приборы. 2010. No 5. С. 17—21.Khizhnyakov Yu. N., Yuzhakov A. A. Neiro-nechetkii regulator chastity gazoturbinnogo dvigatelya (Neuro-fuzzy frequency control of a gas turbine engine. Devices), 2010, no. 5, pp. 17—21 (in Russian).Гостев В. И. Проектирование нечетких регуляторов для систем автоматического управления. СПб.: БХВПетербург, 2011. 416 с.Gostev V. I. Proektirovanie nechetkikh regulatorov dlya sistem avtomaticheskogo upravleniya (Designing fuzzy controllers for automatic control systems), St. Petersburg, BHV-Petersburg, 2011, 416 p. (in Russian).Гропп Д. Методы идентификации систем. М.: Мир, 1979.Gropp D. Metody identifikacii sistem (Method sof System Identification. D. Gropp), Moscow, Mir, 1979 (in Russian).Леготкина Т. С., Данилова С. А. Методы идентификации систем. Пермь: Изд-во Перм. гос. техн. ун-та, 2008. 155 с.Legotkina T. S., Danilova S. A. Metody identifikacii sistem (Method sof system identification), Perm, Publishinghouse of Perm. state. tech. University, 2008, 155 p. (in Russian).Халов Е. А. Одномерные многопараметрические функции принадлежности в задачах нечеткого моделирования и управления // Мехатроника, автоматизация, управление. 2007. No 4. С. 2—10.Khalov E. A. Odnomernye mnogoparametricheskie funkcii prinadlezhnosti v zadachakh nechetkogo modelirovaniya i upravleniya (One-dimensional multiparameter membership functions in problems of fuzzy modeling and control), Mekhatronika, avtomatizatsiya, upravlenie, 2007, no. 4, pp. 2—10 (in Russian).Хижняков Ю. Н. Алгоритмы нечеткого, нейронного и нейронечеткого управления в системах реального времени: учеб. пособие. Пермь: Изд-во Перм. нац. исслед. политехн. ун-та, 2013. 156 с.Khizhnyakov Yu. N. Algoritmy nechetkogo, neironnogo i neiro-nechetkogo upravleniya v sistemakh realnogo vremeni (Algorithms of fuzzy, neural and neuro-fuzzy control in real-time systems: Proc. Allowance), Perm, Publishing house of Perm. nat. Issled. polytechnical. University, 2013, 156 p. (in Russian).Хижняков Ю. Н. Нечеткое, нейронное и гибридное управление: учеб. пособие. Пермь: Изд-во Перм. нац. исслед. политехн. ун-та, 2013. 303 с.Khizhnyakov Yu. N. Nechetkoe, neironnoe i gibridnoe upravlenie (Fuzzy, Neural and Hybrid Control: Textbook. Allowance), Perm, Publishinghouse of Perm. nat. Issled. polytechnical. University, 2013, 303 p. (in Russian).Хижняков Ю. Н. Современные проблемы теории управления. Пермь: Изд-во Перм. нац. исслед. политехн. ун-та, 2015. 237 с.Khizhnyakov Yu. N. Sovremennye problemy teorii upravleniya (Modern problems of control theory), Perm, Publishing house of Perm. nat. Issled. polytechnical. University, 2015, 237 p. (in Russian).

The authors declare that there are no conflicts of interest present.