發(fā)動(dòng)機(jī)控制進(jìn)展及展望3--超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒模態(tài)控制方法

1、超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒模態(tài)超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒模態(tài)控制方法控制方法哈工大：于達(dá)仁哈工大：于達(dá)仁 崔濤崔濤 鮑文鮑文 內(nèi)容提要內(nèi)容提要 超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)本質(zhì)控制問(wèn)題超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)本質(zhì)控制問(wèn)題 超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)分布參數(shù)控制的適度空間超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)分布參數(shù)控制的適度空間維數(shù)維數(shù) 超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)分布參數(shù)控制的合理頻帶超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)分布參數(shù)控制的合理頻帶 超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒模態(tài)形狀控制方法超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒模態(tài)形狀控制方法 今后研究的發(fā)展方向今后研究的發(fā)展方向1 1、超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)本質(zhì)控制、超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)本質(zhì)控制問(wèn)題是分布參數(shù)控制問(wèn)題問(wèn)題是分布參數(shù)控制問(wèn)題 渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)、沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)的集中參數(shù)控制問(wèn)題；渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)、沖

2、壓發(fā)動(dòng)機(jī)的集中參數(shù)控制問(wèn)題； 超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)的分布參數(shù)控制問(wèn)題。超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)的分布參數(shù)控制問(wèn)題。1.1 渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)、沖壓發(fā)渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)、沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)的集中參數(shù)控制問(wèn)題動(dòng)機(jī)的集中參數(shù)控制問(wèn)題 渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)與氣流流動(dòng)相比具有更大渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)與氣流流動(dòng)相比具有更大的慣性，在進(jìn)氣系統(tǒng)的非穩(wěn)態(tài)過(guò)程中起到了主導(dǎo)作用。的慣性，在進(jìn)氣系統(tǒng)的非穩(wěn)態(tài)過(guò)程中起到了主導(dǎo)作用。實(shí)際的控制系統(tǒng)選取轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速（或折合轉(zhuǎn)速）、壓實(shí)際的控制系統(tǒng)選取轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速（或折合轉(zhuǎn)速）、壓比等作為特征參數(shù)來(lái)描述發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣系統(tǒng)。比等作為特征參數(shù)來(lái)描述發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣系統(tǒng)。 渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)采用亞聲速燃燒，燃燒效率高，燃燒渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)采用亞聲速

3、燃燒，燃燒效率高，燃燒特性的變化通常用燃油總量來(lái)加以區(qū)別。這樣在渦輪特性的變化通常用燃油總量來(lái)加以區(qū)別。這樣在渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的整個(gè)工作循環(huán)中，模塊化的集中參數(shù)基本上發(fā)動(dòng)機(jī)的整個(gè)工作循環(huán)中，模塊化的集中參數(shù)基本上可以近似描述發(fā)動(dòng)機(jī)的控制特性。在控制中應(yīng)用集中可以近似描述發(fā)動(dòng)機(jī)的控制特性。在控制中應(yīng)用集中參數(shù)控制方法。參數(shù)控制方法。0115233545進(jìn)氣道風(fēng)扇 高壓壓氣機(jī)高壓渦輪低壓渦輪尾噴管燃燒室界面標(biāo)號(hào)高壓轉(zhuǎn)子低壓轉(zhuǎn)子1.1 渦輪、沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)的集中參數(shù)渦輪、沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)的集中參數(shù)控制問(wèn)題控制問(wèn)題 沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)熱力循環(huán)系統(tǒng)的進(jìn)氣壓縮采用正激波的氣沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)熱力循環(huán)系統(tǒng)的進(jìn)氣壓縮采用正激波的氣動(dòng)增壓方式

4、代替渦輪吸氣式發(fā)動(dòng)機(jī)的機(jī)械增壓，由于正激動(dòng)增壓方式代替渦輪吸氣式發(fā)動(dòng)機(jī)的機(jī)械增壓，由于正激波壓縮的主導(dǎo)作用，通常利用正激波的位置與強(qiáng)度來(lái)分別波壓縮的主導(dǎo)作用，通常利用正激波的位置與強(qiáng)度來(lái)分別描述進(jìn)氣道的工作狀態(tài)（亞臨界或超臨界）與總壓損失。描述進(jìn)氣道的工作狀態(tài)（亞臨界或超臨界）與總壓損失。 沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒系統(tǒng)采用單通道、等截面的燃燒室設(shè)沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒系統(tǒng)采用單通道、等截面的燃燒室設(shè)計(jì)代替渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的主燃燒室與加力燃燒室，等截面的設(shè)計(jì)代替渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的主燃燒室與加力燃燒室，等截面的設(shè)計(jì)方式使得氣流的動(dòng)量在燃燒室段不產(chǎn)生變化（不直接貢計(jì)方式使得氣流的動(dòng)量在燃燒室段不產(chǎn)生變化（不直接貢獻(xiàn)推力），燃油調(diào)

5、節(jié)仍屬于總量調(diào)節(jié)。通常使用激波位置、獻(xiàn)推力），燃油調(diào)節(jié)仍屬于總量調(diào)節(jié)。通常使用激波位置、加熱比等參數(shù)來(lái)描述沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)的工作狀態(tài)，這些參數(shù)作加熱比等參數(shù)來(lái)描述沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)的工作狀態(tài)，這些參數(shù)作為被控參數(shù)來(lái)設(shè)計(jì)集中參數(shù)控制系統(tǒng)。為被控參數(shù)來(lái)設(shè)計(jì)集中參數(shù)控制系統(tǒng)。1.2 1.2 超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)的分布參數(shù)超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)的分布參數(shù)控制問(wèn)題控制問(wèn)題 超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)最重要的就是超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)最重要的就是超聲速燃燒的組超聲速燃燒的組織和效率問(wèn)題織和效率問(wèn)題，如何才能在有限的能量輸入中，如何才能在有限的能量輸入中產(chǎn)生更多的推力是根本性的問(wèn)題產(chǎn)生更多的推力是根本性的問(wèn)題。1.2 1.2 超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)的分布參數(shù)控制

6、問(wèn)題超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)的分布參數(shù)控制問(wèn)題dxdTTkMdxdAAMMkMdxdMttcc1211121122222ttttTdTkMpdp對(duì)于超聲速燃燒過(guò)程，熱壓損失顯著增大：熱壓損失：在燃油總量不變的情況下，在空間上合理匹配的釋熱規(guī)律和流場(chǎng)分布可以降低超聲速燃燒損失。這與常規(guī)的亞燃沖壓相比表現(xiàn)出了分布參數(shù)特性。1.2 1.2 超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)的分布參數(shù)超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)的分布參數(shù)控制問(wèn)題控制問(wèn)題 在單一來(lái)流條件下，燃油釋熱設(shè)計(jì)和燃燒室通道在單一來(lái)流條件下，燃油釋熱設(shè)計(jì)和燃燒室通道截面型線可以較好的匹配。但是超聲速燃燒控制截面型線可以較好的匹配。但是超聲速燃燒控制還面臨著寬?cǎi)R赫數(shù)變工況的問(wèn)題，要實(shí)現(xiàn)變工

7、況還面臨著寬?cǎi)R赫數(shù)變工況的問(wèn)題，要實(shí)現(xiàn)變工況條件下的合理匹配，需要增加新的自由度。條件下的合理匹配，需要增加新的自由度。543210 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0awpp/)(mx需要控制系統(tǒng)實(shí)時(shí)的協(xié)調(diào)燃需要控制系統(tǒng)實(shí)時(shí)的協(xié)調(diào)燃油釋熱分布和流動(dòng)參數(shù)在空油釋熱分布和流動(dòng)參數(shù)在空間上的匹配。間上的匹配。1.2 1.2 超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)的分布參數(shù)超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)的分布參數(shù)控制問(wèn)題控制問(wèn)題 分布參數(shù)控制理能夠用來(lái)解決超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒控制分布參數(shù)控制理能夠用來(lái)解決超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)問(wèn)題。系統(tǒng)的設(shè)計(jì)問(wèn)題。 需要研究依靠氣動(dòng)熱力調(diào)節(jié)來(lái)控制發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)沿空間的需要研究依靠氣動(dòng)熱力調(diào)節(jié)來(lái)

8、控制發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)沿空間的分布的理論方法，目標(biāo)是運(yùn)用分布參數(shù)的理論和方法解分布的理論方法，目標(biāo)是運(yùn)用分布參數(shù)的理論和方法解決超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒模態(tài)控制的普遍性問(wèn)題，以期為決超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒模態(tài)控制的普遍性問(wèn)題，以期為超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)的優(yōu)化設(shè)計(jì)和優(yōu)化運(yùn)行提供一種新的技超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)的優(yōu)化設(shè)計(jì)和優(yōu)化運(yùn)行提供一種新的技術(shù)途徑。術(shù)途徑。 2、超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)分布參數(shù)超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)分布參數(shù)控制的適度空間維數(shù)控制的適度空間維數(shù) 零維？零維？ 一維？一維？ 二、三維？二、三維？2 2、超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)分布、超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)分布參數(shù)控制的適度空間維數(shù)參數(shù)控制的適度空間維數(shù) 集中參數(shù)控制方法：采用零維模型來(lái)描述分布參數(shù)對(duì)

9、象集中參數(shù)控制方法：采用零維模型來(lái)描述分布參數(shù)對(duì)象的控制特性將造成了狀態(tài)維數(shù)的極大提高（相當(dāng)于必須的控制特性將造成了狀態(tài)維數(shù)的極大提高（相當(dāng)于必須以足夠致密的網(wǎng)格進(jìn)行離散化近似），技術(shù)上難以實(shí)現(xiàn)。以足夠致密的網(wǎng)格進(jìn)行離散化近似），技術(shù)上難以實(shí)現(xiàn)。并且由于引入多個(gè)測(cè)量反饋量并且由于引入多個(gè)測(cè)量反饋量( (如壁面壓力分布作反饋如壁面壓力分布作反饋) )，將導(dǎo)致反饋量大于控制量（有限點(diǎn)噴射燃油）而出現(xiàn)系將導(dǎo)致反饋量大于控制量（有限點(diǎn)噴射燃油）而出現(xiàn)系統(tǒng)不可控的問(wèn)題。統(tǒng)不可控的問(wèn)題。 2 2、超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)分布參數(shù)、超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)分布參數(shù)控制的適度空間維數(shù)控制的適度空間維數(shù) 二、三維控制：二、三維在發(fā)

10、動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)時(shí)一定要考慮。二、三維控制：二、三維在發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)時(shí)一定要考慮。但是從發(fā)動(dòng)機(jī)控制角度考慮，二、三維控制具有較大的但是從發(fā)動(dòng)機(jī)控制角度考慮，二、三維控制具有較大的難度和復(fù)雜度，這受限于控制理論發(fā)展水平、設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)難度和復(fù)雜度，這受限于控制理論發(fā)展水平、設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)技術(shù)、檢測(cè)技術(shù)以及數(shù)值的實(shí)時(shí)性等技術(shù)、檢測(cè)技術(shù)以及數(shù)值的實(shí)時(shí)性等 。2 2、超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)分布、超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)分布參數(shù)控制的適度空間維數(shù)參數(shù)控制的適度空間維數(shù) 一維控制：一維控制： 作為控制問(wèn)題，如何簡(jiǎn)化問(wèn)題同時(shí)又能提高作為控制問(wèn)題，如何簡(jiǎn)化問(wèn)題同時(shí)又能提高控制性能是最主要的?？刂菩阅苁亲钪饕?。一維分布反映了發(fā)動(dòng)機(jī)的總體工一維分布反映

11、了發(fā)動(dòng)機(jī)的總體工作狀態(tài)及其總體變化趨勢(shì)（截面平均參數(shù)的誤差在作狀態(tài)及其總體變化趨勢(shì)（截面平均參數(shù)的誤差在15%15%以以?xún)?nèi)）內(nèi)） ，在施加控制時(shí)能夠抓住主要矛盾，免受局部枝節(jié)，在施加控制時(shí)能夠抓住主要矛盾，免受局部枝節(jié)信息的干擾。同時(shí)從控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的角度，針對(duì)一維的信息的干擾。同時(shí)從控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的角度，針對(duì)一維的控制技術(shù)已取得較大進(jìn)展，相關(guān)的解析與數(shù)值方法已能控制技術(shù)已取得較大進(jìn)展，相關(guān)的解析與數(shù)值方法已能處理部分復(fù)雜對(duì)象的分布參數(shù)控制。處理部分復(fù)雜對(duì)象的分布參數(shù)控制。 在現(xiàn)階段，一維控制從必要性、復(fù)雜度、可行性、成本在現(xiàn)階段，一維控制從必要性、復(fù)雜度、可行性、成本的角度來(lái)說(shuō)是適度的。在理論上

12、，未來(lái)可以進(jìn)一步的探的角度來(lái)說(shuō)是適度的。在理論上，未來(lái)可以進(jìn)一步的探尋控制更高精度的方法。尋控制更高精度的方法。3 3、超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)分布、超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)分布參數(shù)控制的合理頻帶參數(shù)控制的合理頻帶 超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)態(tài)主要包括激波動(dòng)態(tài)、超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)態(tài)主要包括激波動(dòng)態(tài)、分離流動(dòng)態(tài)、燃燒動(dòng)態(tài)等。數(shù)值計(jì)算與試分離流動(dòng)態(tài)、燃燒動(dòng)態(tài)等。數(shù)值計(jì)算與試驗(yàn)結(jié)果給出了超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)主導(dǎo)頻帶在驗(yàn)結(jié)果給出了超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)主導(dǎo)頻帶在20Hz20Hz以上。以上。sx m m t s s 11011021021031031010010.010-200-400-600Frequency (Hz)Phase(deg)Ma

13、gnitude激波動(dòng)態(tài)燃燒振蕩分離流動(dòng)態(tài)執(zhí)行機(jī)構(gòu)動(dòng)態(tài) 現(xiàn)有的執(zhí)行機(jī)構(gòu)（燃油供給系統(tǒng)）很難達(dá)到這么快的速現(xiàn)有的執(zhí)行機(jī)構(gòu)（燃油供給系統(tǒng)）很難達(dá)到這么快的速度，性能較好的燃油調(diào)節(jié)閥響應(yīng)速度在度，性能較好的燃油調(diào)節(jié)閥響應(yīng)速度在5Hz5Hz量級(jí)。量級(jí)。 因此燃油供應(yīng)系統(tǒng)和閥門(mén)的動(dòng)態(tài)便成為了超燃沖壓發(fā)動(dòng)因此燃油供應(yīng)系統(tǒng)和閥門(mén)的動(dòng)態(tài)便成為了超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)的主導(dǎo)動(dòng)態(tài)，而發(fā)動(dòng)機(jī)流動(dòng)和燃燒的高頻動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)的主導(dǎo)動(dòng)態(tài)，而發(fā)動(dòng)機(jī)流動(dòng)和燃燒的高頻動(dòng)態(tài)過(guò)程則因?yàn)閳?zhí)行機(jī)構(gòu)帶寬的限制而受到大幅衰減，可態(tài)過(guò)程則因?yàn)閳?zhí)行機(jī)構(gòu)帶寬的限制而受到大幅衰減，可以被處理為高頻未建模動(dòng)態(tài)。以被處理為高頻未建模動(dòng)態(tài)。 這樣考慮到執(zhí)行

14、機(jī)構(gòu)的因素，理論上可以對(duì)超燃沖壓發(fā)這樣考慮到執(zhí)行機(jī)構(gòu)的因素，理論上可以對(duì)超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)態(tài)特性進(jìn)行頻域截?cái)?，把發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)態(tài)作為控制動(dòng)機(jī)動(dòng)態(tài)特性進(jìn)行頻域截?cái)?，把發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)態(tài)作為控制系統(tǒng)的高頻未建模動(dòng)態(tài)，在名義系統(tǒng)中忽略掉，而用魯系統(tǒng)的高頻未建模動(dòng)態(tài)，在名義系統(tǒng)中忽略掉，而用魯棒的分析和設(shè)計(jì)方法進(jìn)行處理，從而把問(wèn)題轉(zhuǎn)變?yōu)榭刂瓢舻姆治龊驮O(shè)計(jì)方法進(jìn)行處理，從而把問(wèn)題轉(zhuǎn)變?yōu)榭刂瓢l(fā)動(dòng)機(jī)的穩(wěn)態(tài)分布上。發(fā)動(dòng)機(jī)的穩(wěn)態(tài)分布上。 超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)際的流動(dòng)和燃燒反應(yīng)超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)際的流動(dòng)和燃燒反應(yīng)過(guò)程的動(dòng)態(tài)控制機(jī)理極具復(fù)雜性，而利過(guò)程的動(dòng)態(tài)控制機(jī)理極具復(fù)雜性，而利用控制理論的頻域分析與頻域截?cái)嗉夹g(shù)用控制理論的頻域分

15、析與頻域截?cái)嗉夹g(shù)可以把復(fù)雜的控制問(wèn)題大大簡(jiǎn)化，從而可以把復(fù)雜的控制問(wèn)題大大簡(jiǎn)化，從而獲得了解決問(wèn)題的合理途徑，這也是技獲得了解決問(wèn)題的合理途徑，這也是技術(shù)上實(shí)現(xiàn)超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)分布參數(shù)控制術(shù)上實(shí)現(xiàn)超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)分布參數(shù)控制的一個(gè)重要前提。的一個(gè)重要前提。 4 4、燃燒模態(tài)形狀控制方、燃燒模態(tài)形狀控制方法的提出法的提出 基于經(jīng)典的分布參數(shù)設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)超燃沖壓發(fā)動(dòng)基于經(jīng)典的分布參數(shù)設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒模態(tài)控制系統(tǒng)難度非常大，且應(yīng)用起來(lái)困機(jī)燃燒模態(tài)控制系統(tǒng)難度非常大，且應(yīng)用起來(lái)困難。此外，基于試驗(yàn)數(shù)據(jù)的一維模型具有經(jīng)驗(yàn)性難。此外，基于試驗(yàn)數(shù)據(jù)的一維模型具有經(jīng)驗(yàn)性和數(shù)據(jù)性的特點(diǎn)，難以形成統(tǒng)一的

16、解析表達(dá)，因和數(shù)據(jù)性的特點(diǎn)，難以形成統(tǒng)一的解析表達(dá)，因此也造成經(jīng)典的基于解析模型的分布參數(shù)設(shè)計(jì)方此也造成經(jīng)典的基于解析模型的分布參數(shù)設(shè)計(jì)方法應(yīng)用困難。法應(yīng)用困難。4 4、燃燒模態(tài)形狀控制方法的、燃燒模態(tài)形狀控制方法的提出提出 本文借鑒以結(jié)構(gòu)形狀優(yōu)化技術(shù)等為基礎(chǔ)發(fā)展起來(lái)本文借鑒以結(jié)構(gòu)形狀優(yōu)化技術(shù)等為基礎(chǔ)發(fā)展起來(lái)的形狀控制理論，以靈敏度分析、數(shù)值優(yōu)化技術(shù)的形狀控制理論，以靈敏度分析、數(shù)值優(yōu)化技術(shù)為主要手段代替經(jīng)典分布參數(shù)設(shè)計(jì)所需的嚴(yán)格解為主要手段代替經(jīng)典分布參數(shù)設(shè)計(jì)所需的嚴(yán)格解析設(shè)計(jì)，提出了超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒模態(tài)形狀控析設(shè)計(jì)，提出了超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒模態(tài)形狀控制的新型控制策略，使得設(shè)計(jì)方法得以簡(jiǎn)化

17、，并制的新型控制策略，使得設(shè)計(jì)方法得以簡(jiǎn)化，并使得分布參數(shù)控制目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)具有了可行性。使得分布參數(shù)控制目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)具有了可行性。4 4、燃燒模態(tài)形狀控制方、燃燒模態(tài)形狀控制方法的提出法的提出 形狀控制的概念是在上世紀(jì)八十年代由形狀控制的概念是在上世紀(jì)八十年代由HaftkaHaftka, R. T. , R. T. 和和AdelmanAdelman, H. M., H. M. 等人提出來(lái)的。形狀控制的核心是控等人提出來(lái)的。形狀控制的核心是控制參數(shù)在空間（一維、二維或三維）的分布規(guī)律，在滿(mǎn)制參數(shù)在空間（一維、二維或三維）的分布規(guī)律，在滿(mǎn)足一定的約束條件下，尋求優(yōu)化的控制規(guī)律，使控制系足一定的約束條件

18、下，尋求優(yōu)化的控制規(guī)律，使控制系統(tǒng)的指標(biāo)函數(shù)（形狀函數(shù)的泛函）達(dá)到極值，從而使被統(tǒng)的指標(biāo)函數(shù)（形狀函數(shù)的泛函）達(dá)到極值，從而使被控系統(tǒng)滿(mǎn)足預(yù)定的要求?？叵到y(tǒng)滿(mǎn)足預(yù)定的要求。 形狀控制問(wèn)題是一類(lèi)沒(méi)有顯式解的逆問(wèn)題，與典型的集形狀控制問(wèn)題是一類(lèi)沒(méi)有顯式解的逆問(wèn)題，與典型的集中參數(shù)（零維）控制不同，它的形狀函數(shù)為一空間連續(xù)中參數(shù)（零維）控制不同，它的形狀函數(shù)為一空間連續(xù)（或分段連續(xù)）變化的函數(shù)，需要有無(wú)限個(gè)參數(shù)才能確（或分段連續(xù)）變化的函數(shù)，需要有無(wú)限個(gè)參數(shù)才能確定。此時(shí)是在函數(shù)的無(wú)限維空間內(nèi)研究對(duì)象的控制問(wèn)題，定。此時(shí)是在函數(shù)的無(wú)限維空間內(nèi)研究對(duì)象的控制問(wèn)題，而不是在有限維設(shè)計(jì)參數(shù)的向量空間。而不

19、是在有限維設(shè)計(jì)參數(shù)的向量空間。4 4、燃燒模態(tài)形狀控制方、燃燒模態(tài)形狀控制方法的提出法的提出 形狀控制的方法較早應(yīng)用于太空天線、反射器等系統(tǒng)（形狀控制的方法較早應(yīng)用于太空天線、反射器等系統(tǒng)（Haftka and Haftka and AdelmanAdelman，19851985），），KoconisKoconis等人在等人在19941994年提出了一種解決基于蜂窩年提出了一種解決基于蜂窩結(jié)構(gòu)的復(fù)合板和殼的解析方法，并找到了相應(yīng)于零傾角變量的最優(yōu)結(jié)構(gòu)的復(fù)合板和殼的解析方法，并找到了相應(yīng)于零傾角變量的最優(yōu)方法。方法。HsuHsu等人在等人在19971997年對(duì)復(fù)合板采用了有限元法，并采用梯度投影

20、年對(duì)復(fù)合板采用了有限元法，并采用梯度投影法找到了搜尋方向。法找到了搜尋方向。ChandrashekharaChandrashekhara和和VaradarajanVaradarajan在在19971997年采用年采用ReddyReddy的三級(jí)位移理論給出了復(fù)合梁的形狀控制的迭代方法，而的三級(jí)位移理論給出了復(fù)合梁的形狀控制的迭代方法，而VaradarajanVaradarajan等人在等人在19981998年對(duì)復(fù)合板采用一級(jí)殼位移理論給出了迭代年對(duì)復(fù)合板采用一級(jí)殼位移理論給出了迭代方法，除了減小誤差函數(shù)，他們還考慮了閉環(huán)控制，位移作為反饋方法，除了減小誤差函數(shù)，他們還考慮了閉環(huán)控制，位移作為反饋

21、量來(lái)決定輸入電壓。量來(lái)決定輸入電壓。BalakrishnanBalakrishnan、TanTan和和BainumBainum在在19941994年采用線性年采用線性二 次 高 斯 最 優(yōu) 控 制 方 法 得 到 了 智 能 結(jié) 構(gòu) 的 形 狀 控 制 方 法 。二 次 高 斯 最 優(yōu) 控 制 方 法 得 到 了 智 能 結(jié) 構(gòu) 的 形 狀 控 制 方 法 。Sobieszczanski-SobieskiSobieszczanski-Sobieski和和HaftkaHaftka主導(dǎo)了主導(dǎo)了氣動(dòng)形狀控制的研究，氣動(dòng)形狀控制的研究，研研究結(jié)合形狀優(yōu)化技術(shù)和究結(jié)合形狀優(yōu)化技術(shù)和CFDCFD技術(shù)，進(jìn)行

22、了進(jìn)氣道結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、技術(shù)，進(jìn)行了進(jìn)氣道結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、翼型型面翼型型面設(shè)計(jì)、風(fēng)洞壁面設(shè)計(jì)、軸對(duì)稱(chēng)尾噴管設(shè)計(jì)等設(shè)計(jì)、風(fēng)洞壁面設(shè)計(jì)、軸對(duì)稱(chēng)尾噴管設(shè)計(jì)等。另外在。另外在壓電智能結(jié)構(gòu)壓電智能結(jié)構(gòu)的控制的控制 、熱防護(hù)的溫度場(chǎng)控制、熱防護(hù)的溫度場(chǎng)控制6060等方面也有大量的文獻(xiàn)發(fā)表。等方面也有大量的文獻(xiàn)發(fā)表。 5 5、燃燒模態(tài)形狀控制方、燃燒模態(tài)形狀控制方法法 控制指標(biāo)；控制指標(biāo)； 控制模型；控制模型； 靈敏度分析；靈敏度分析； 控制算法。控制算法。5.1 5.1 控制指標(biāo)控制指標(biāo)dxxMxMJxxtbb221)(),(21)(M Mt t(x(x) )為目標(biāo)燃燒模態(tài)，為目標(biāo)燃燒模態(tài)，T Tb b為控為控制量。

23、制量。 5.2 5.2 問(wèn)題的描述問(wèn)題的描述 超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒模態(tài)與模態(tài)轉(zhuǎn)換形狀控制問(wèn)超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒模態(tài)與模態(tài)轉(zhuǎn)換形狀控制問(wèn)題是一類(lèi)逆問(wèn)題，即尋找一個(gè)最佳的控制量題是一類(lèi)逆問(wèn)題，即尋找一個(gè)最佳的控制量T Tb b* *，使得系統(tǒng)的泛函指標(biāo)使得系統(tǒng)的泛函指標(biāo) 達(dá)到極小值。描述為達(dá)到極小值。描述為： 21*)(),(21)()(niitbibbxMxMJJ5.3 5.3 控制模型控制模型 選取經(jīng)典的一維穩(wěn)態(tài)模型作為控制模型，來(lái)初步選取經(jīng)典的一維穩(wěn)態(tài)模型作為控制模型，來(lái)初步驗(yàn)證超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒模態(tài)形狀控制的設(shè)計(jì)思驗(yàn)證超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒模態(tài)形狀控制的設(shè)計(jì)思想。想。 5.4 5.4 靈敏度分析靈

24、敏度分析 形狀控制必須進(jìn)行靈敏度分析，以便給出形狀變形狀控制必須進(jìn)行靈敏度分析，以便給出形狀變化的趨勢(shì)?；内厔?shì)。靈敏度函數(shù)反映了控制量與系統(tǒng)狀態(tài)靈敏度函數(shù)反映了控制量與系統(tǒng)狀態(tài)間的內(nèi)在聯(lián)系：實(shí)時(shí)的根據(jù)燃燒模態(tài)的形狀信息間的內(nèi)在聯(lián)系：實(shí)時(shí)的根據(jù)燃燒模態(tài)的形狀信息修正自己，并實(shí)時(shí)的反作用于燃燒模態(tài)上，給出修正自己，并實(shí)時(shí)的反作用于燃燒模態(tài)上，給出其變化趨勢(shì)。其變化趨勢(shì)。5.5 5.5 控制算法控制算法 形狀控制問(wèn)題為形狀控制問(wèn)題為非線性最小二乘問(wèn)題，較為經(jīng)典的是非線性最小二乘問(wèn)題，較為經(jīng)典的是Gauss-Newton法。該方法利用泰勒級(jí)數(shù)展開(kāi)的線性項(xiàng)來(lái)法。該方法利用泰勒級(jí)數(shù)展開(kāi)的線性項(xiàng)來(lái)近似非線

25、性模型，然后用線性最小二乘法來(lái)估計(jì)參數(shù)，近似非線性模型，然后用線性最小二乘法來(lái)估計(jì)參數(shù)，再通過(guò)最優(yōu)迭代得到非線性回歸問(wèn)題的最優(yōu)解。再通過(guò)最優(yōu)迭代得到非線性回歸問(wèn)題的最優(yōu)解。 5.6 5.6 基本框架基本框架 超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒模態(tài)形狀控制系統(tǒng)主要包超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒模態(tài)形狀控制系統(tǒng)主要包括采樣器、數(shù)字控制器、零階保持器、執(zhí)行機(jī)括采樣器、數(shù)字控制器、零階保持器、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、控制對(duì)象（燃燒模態(tài)）、靈敏度分析等幾構(gòu)、控制對(duì)象（燃燒模態(tài)）、靈敏度分析等幾個(gè)部分。個(gè)部分。+-CombustionModeSensitivityAnalysisD(z)TargetShapeSamplingSwitchDigitalControllerZero-OrderHoldMt(x)M(x)S(x)sLs+11-e-Ts1ActuatorTTTScramjet5.7 5.7 仿真結(jié)果仿真結(jié)果