随着新一代直升机的性能不断提高,对涡轴发动机的控制也提出了更高的要求。本文以实验室一台真实的微型涡轴发动机为对象开展控制研究,内容涉及控制系统的总体设计、控制算法设计、电子控制器设计以及控制系统试验验证。(1)控制系统总体设计。论文首先对微型涡轴发动机的结构特点进行分析,制定发动机控制计划和控制系统的总体方案。控制计划包含起动控制计划、停车控制计划、状态调节控制计划和燃油加减速控制计划。控制系统总体方案分为传感器、执行机构和电子控制器总体方案。(2)微型涡轴发动机控制算法研究。本文根据开环试验数据,建立发动机的慢车以上状态的数值稳态与ARX串联拟合模型,以该模型为控制对象设计模型预测控制算法。基于最小二乘法建立线性变参数(LPV)模型作为预测模型,采用二次规划算法完成最优控制量的计算,设计反馈校正模块消除模型失配造成的稳态误差,通过数值仿真验证控制算法的控制效果。(3)电子控制器设计。电子控制器由核心控制器和电动燃油泵控制器组成,核心控制器负责传感器信号采集,控制量计算以及控制指令的输出,电动燃油泵控制器负责实现对电动燃油泵电机转速的精确控制。核心控制器以ARM为核心,设计时充分考虑传感器信号干扰问题和通信实时性问题,电动燃油泵控制器以DSP为核心,采用无传感器磁场定向控制技术。(4)控制系统试验验证。根据控制系统总体方案搭建控制系统硬件在环仿真平台和台架试车平台,先通过硬件在环试验验证控制系统的可行性和控制效果,然后进行微型涡轴发动机台架控制试验。试验结果表明:1)所设计的控制系统能够稳定可靠地实现微型涡轴发动机的起动、停车、状态调节控制;2)非线性模型预测控制的调节时间比带桨距角前馈的串级PI控制少3~4秒,控制效果更好。