2. 发动机控制系统基本控制原理
图2.2利用模型和跟踪滤波器直接控制发动机的推力和失速裕度的原理图
图2.2所示的发动机控制系统包括发动机转速 控 制 系 统、加 力 控 制 系 统 和 尾 喷 口 操 纵 系 统。图中，ＰＬＡ（ＰｏｗｅｒＬｅｖｅｒＡｎｇｌｅ）表示发动机油门操纵杆角度，一定的油门操纵杆位置对应 发动机一定的转速，也即对应发动机一定的工作状态。当 ＰＬＡ一定时，飞行条件的变化通过调 节燃油流量ｑｍ，ｆ 来保持发动机转速不变。当改变 ＰＬＡ 时，通过状态给定装置改变转速参考输入ｎｒ。它与机械离心 式 转 速 传 感 器 测 量的发动机实际转速ｎ比较后产生误差信号ｅ２，该误差信号经机械液压式 放 大 器 放 大 后 改 变 燃油泵的燃油流量，以控制发动机的转速ｎ，并将ｎ调整到转速参考输入值ｎｒ 上。内回路的 负 反馈作用是改善系统的稳定性和动态品质。当迅速推动油门操纵杆改变 ＰＬＡ使发动机加速 时，加 速 控 制 装 置 给 定 加 速 控 制 规 律，使 燃油流量按给定的规律变化，使发动机按ｑｍ，ｆ 的变化规律进行加速。当发动机加力时，油门操纵杆推至加力位置。压 力
比 测 量 装 置 感 受 压 气 机 出 口 压 力 ｐ３ 和 涡轮出口压力ｐ５，压力比测量装置输出反映涡轮实际膨胀比πＴ 的信号。该 信号 与保证发动 机 为最大转速的给定 涡 轮 膨胀比πＴｒ 比 较后 产生误差信号ｅ３，该信号经机 械液 压式放大器 放 大 后，控制加力燃油泵的加力供油量ｑｍ，ｆａｆ，使发动机处于加力工作状态。
一定的 ＰＬＡ对应一定的喷口面积。当需要改变喷口面积时，首先改变油门操纵杆位置，然 后通过喷口面积给定装置给出一个与给定面积相应的 信 号。该 信 号 与 反 映 实 际 喷 口 面 积 的 反 馈信号比较后产生误差信号ｅ４，该误差信号随喷口面积操纵装置工作。喷口面积操纵装置利用 液压泵输出的高压油推动作动筒，作动筒带动执行 机 构，改 变 喷 口 鱼 鳞 板 位 置，从 而 改 变 喷 口 面积，使其与给定面积相等。
由以上分析可知，进气道控制系统为开环控制系统，发动机转速控制系统和加力控制系统 为闭环控制系统，尾喷口控制系统为开环操纵系统。
2.2数字式电子控制系统
航空发动机数字式电子控制系统由传感器、数字式电子控制器执行机构、供油装置、油泵 及被控对象组成，如图2.3所示，图中被控对象为双轴涡轮喷气发动机。
数字式电子控制系统的主要功能是在整个飞 行 包 线 内 实 现 发 动 机 稳 态 （慢 车、巡 航、最 大 和加力状态）和过渡态（起动、加速、减速、接通与切断加力状态）全权限控制和安全保护要求。
传感器测量发动机各有关参数，测量的各模拟信号经 A/D转换后输入到数字式电子 控 制 器。控制器实现各控制算法的计算，包括基准点 调 节、稳 态 控 制 算 法、过 渡 态 控 制 算 法 及 各
种 保护逻辑。计算结果经 D/A 转换为模拟信号，输 入 到 各 执 行 机 构，使 控 制 量 按 控 制 器 计 算 的 规律变化，以控制发动机的各种工作状态。
主燃油控制和加力燃油控制的执行机构是两个电液伺服阀分别驱动主燃油计量装置和加 力燃油计量装置。两个计量装置的位置分别控制主燃油泵和加力燃油泵输入到发动机主燃烧室和加力燃烧室的燃油流量。两个计量装置的位置 分 别 由 两 个 位 置 传 感 器 测 量，测 量 的 信 号 反馈到数字式电子控制器，构成局部反馈，以提高系统的稳定性和动态品质。
图2.3航空发动机数字式电子控制系统原理图
喷口面积控制执行机构为液压作动筒。它的 运 动 由 电 液 伺 服 阀 进 行 控 制，并 利 用 喷 口 液 压泵输出的高压油加以驱动。液压作动筒的位置决 定 喷 口 面 积 的 大 小，该 位 置 由 位 置 传 感 器 测量，测量的位置信 号 反 馈 到 数 字 式 电 子 控 制 器，构 成 局 部 反 馈，以 便 提 高 控 制 精 度 和 动 态 品质。
图2.3所示的系统是一个比较简单的数字式电子控制系统，它所实现的控制规律如下：
（１）非加力稳态控制是主燃油流量ｑｍ，ｆ
控制发动机低压转子转速ｎＬ＝ 常数；喷口面积Ａ８ 控制低压涡轮出口温度Ｔ５ ＝ 常数。 （２）加力稳态控制是ｑｍ，ｆ
控制ｎＬ ＝ 常数；当发动机进口温度Ｔ２＜２８８Ｋ时，Ａ８ 控制涡轮
膨胀比πＴ ＝ 常数，当Ｔ２ ≥２８８Ｋ时，Ａ８ 控制Ｔ５ ＝ 常数；由操纵杆位置确定加力燃油流量
ｑｍ，ｆａｆ，以确定发动机加力比；当飞行条件变化时，根据高压压气机出口压力ｐ３ 对加力燃油流量
进行开环补偿控制，以使加力比保持不变。
（３）加速与减速控制是按照数字式电子控制器中预先设定的主燃油流量变化规律控制发动机低压转子转速，使其按一定规律变化。 此外，在发动机工作过程中，需要对高压压气机出口压力ｐ３ 和高压转子转速ｎＨ 加以限
制，以保证发动机安全工作。
从控制规律可以看出这是一个双变量控制系统。两个控制量分别为主燃油流量ｑｍ，ｆ 和喷
口面积Ａ８；两个被控制参数分别为低压轴转速ｎＬ 和低压涡轮出口温度Ｔ５ 或涡轮膨胀比πＴ 。
数字式电子控制器中的控制算法可以采用现代控制理论中的有关控制方法，也可以采用经典
控制理论中的ＰＩＤ（ＰｒｏｐｏｒｔｉｏｎａｌＩｎｔｅｇｒａｔｉｏｎａｌＤｉｆｆｅｒａｎｔｉａｌ）控制方法。当采用ＰＩＤ控制方法
时，需要考虑双变量控制系统的解耦问题。
当数字式电子控制器有故障时切换到备份的机械液压式控制器。这是一个简单的控制
器，仅保证发动机能运行并返航。