题目：双轴涡扇发动机建模仿真及其全状态控制律设计

建模技术是一种能够降低发动机研制成本和商业风险的有效手段。随着计算机技术的发展，建模技术变得越来越成熟，新型的商业建模软件也为控制系统的设计工作带来了极大的便利。本文基于Matlab/Simulink提供的友好的图形用户界面，建立了双轴涡扇发动机的全数字仿真平台，包括模型部分：起动和慢车以上模型；数字电子控制器部分：起动控制律，慢车以上稳态控制律，加减速控制律和限制保护控制律。

首先，根据荷兰国家航空航天实验室的专业发动机建模商业软件GSP中的样例BIGFAN发动机提供的设计点参数及部件特性，建立了Matlab/Simulink环境下的非迭代模型。该模型考虑了发动机各部件之间的容腔效应，并通过特性外推技术补充了慢车以下部件特性图，使得模型能够模拟起动过程。为控制器设计提供了被控对象。

其次，将数字电子控制器分解为四部分来单独设计。第一部分为慢车以上稳态控制律的设计，目的是为了在发动机靠近稳态工作点时对发动机进行调节，使其尽快的稳定下来。包括用于计算与油门杆位置相对应的主回路的参考指令值的推力设定控制计划和稳态PI控制器，其中PI参数被差分进化算法优化。通过增益调度完成了从慢车到最大功率状态的稳态控制。然后通过相似原理计算高空时的PI控制器，从而获得了全包线的稳态控制器。仿真结果表明这种方法简单有效。

第二部分为慢车以上的加减速控制规律的设计，它保证了发动机在大过渡态时不会发生超温、喘振、熄火现象。本文给出了基于转子加速度N2dot计划的加减速控制律。N2dot回路使用PI控制器，采用差分进化算法优化了PI参数。分析还发现，转子加速度回路对是否考虑转速传感器和滤波器的动态非常敏感。

第三部分完成了对限制保护控制器的设计，以保证发动机在任何情况下都不会出现超温、超压、超转和熄火现象。以排气温度EGT超温保护为例，采用频域矫正技术设计了一个滞后-超前控制器，获得了良好的效果。

第四部分为起动控制律的设计，在满足在给定喘振裕度和温度裕度前提下在给定的时间范围内成功起动是该控制律的目标。给出了三种针对不同目标的起动控制律方案，并对比了其中的两种在非标准大气条件下的差别。

最后将完整的数字电子控制器与发动机模型在Simulink环境下组成闭环系统，构建了一个全数字仿真平台，为各种先进的控制算法提供了一个仿真验证平台。