[發明專利]一種挖掘航空發動機的加速潛能的控制系統及控制方法

有效

• 申請號: 201310314749.9
• 申請日: 2013-07-24
• 公開（公告）號: CN103452674A
• 公開（公告）日: 2013-12-18
• 發明（設計）人: 李杰;樊丁;李剛;李曉輝;林海;陳金平
• 申請（專利權）人: 長安大學
• 主分類號: F02C9/28
• 分類號: F02C9/28;F02C9/32
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 汪人和

技術領域

本發明屬于航空發動機加速控制技術領域，涉及一種航空發動機加速過程性能尋優控制系統，具體涉及一種挖掘航空發動機的加速潛能的控制系統及控制方法。

背景技術

當今，高性能軍用殲擊機對發動機的機動性要求越來越高，這就在客觀上對發動機加速控制系統提出了更高的要求。在發動機加速過程中，若能在盡可能短的時間內將發動機推力提升到最大，將會使飛機具有更好的機動性，從而獲得更好的作戰優勢。

航空發動機是一個極其復雜的熱力機械系統，其具有強非線性、多變量、強耦合等特性。隨著航空發動機技術的發展，航空發動機的工作范圍越來越大，對航空發動機的加速性能的要求也越來越高，如希望加速時間短、發動機的推力提升快等。為實現上述目標，要求現代的航空發動機加速控制系統具備在線尋優控制能力。而傳統的機械液壓式控制器采用了子系統獨立設計和控制的方法，很難實現在線優化控制。而隨著現代計算機技術的發展，以發動機全權限數字電子控制器（Full?Authority?Digital?Electronic?Control,FADEC）為基礎，可實現航空發動機加速在線尋優控制。航空發動機加速過程優化控制技術對于提高航空發動機性能，使飛機獲得更好的空中作戰優勢，具有重要的意義。

在20世紀70年代，已有美國學者將線性二次型最優控制理論應用于航空發動機加速控制。而將線性二次型最優控制理論應用于航空發動機加速過程優化控制時，具有明顯缺點，如采用此方法時需對發動機數學模型進行線性化處理，這導致了模型精度降低，控制效果大打折扣，且魯棒性較差，較小的模型誤差就可能導致系統不穩定。目前國外公開的有關航空發動機加速過程優化控制的研究資料非常少，且大多為一些科普性的資料，一些關鍵性的技術資料并未公開，很難了解到其核心技術。

國內有學者設計了以線性規劃方法、序列二次規劃（Sequential?Quadratic?Programming,SQP）算法、遺傳算法（Genetic?Algorithm,GA）等算法為優化控制算法的航空發動機加速在線優化控制系統。但這些方法存在如下缺陷：

（1）這些方法中，線性規劃方法和SQP算法的突出優點是所需計算量小，實時性好，但使用這些方法時，需要使用相似理論在全飛行包線范圍內分塊線性化處理發動機的非線性數學模型，這致使航空發動機模型出現線性化誤差，導致其精度較差。此外，這兩種方法對于初始解非常敏感，若初始解設置不合適，容易導致算法陷入局部最優解甚至不收斂。

（2）采用遺傳算法等智能算法時，無需對發動機數學模型進行線性化且其優化效果良好，但這類智能算法的缺點在于需要大量計算才能收斂到最終解，故其計算效率低，實時性差。

綜上，目前尚未出現針對航空發動機加速在線尋優控制的，既能避免發動機模型線性化處理帶來的模型誤差，又具有嚴格的全局收斂能力、不對初始解敏感、高優化效率（算法實時性可達到實際應用要求）等特性的優化算法。

發明內容

本發明的目的在于解決上述問題，提供一種挖掘航空發動機的加速潛能的控制系統及控制方法，該系統直接采用航空發動機非線性數學模型作為機載模型，不對其做任何線性化處理，以提高優化控制效果的置信度。

為達到上述目的，本發明采用以下技術方案來實現：

一種挖掘航空發動機的加速潛能的控制系統，包括航空發動機、用于控制航空發動機的全權限數字電子控制器以及用于為全權限數字電子控制器提供最優控制策略的機載計算機；航空發動機上安裝有轉速傳感器、溫度傳感器以及壓力傳感器，各傳感器的輸出端分別與全權限數字電子控制器和機載計算機相連；機載計算機的輸出端與全權限數字電子控制器相連；全權限數字電子控制器根據最優控制策略通過電磁閥組件控制航空發動機。

上述的機載計算機內設置有處理器模塊、優化控制器以及發動機非線性實時數學模型；所述優化控制器與發動機非線性實時數學模型相交互。

上述的優化控制器包括加速尋優控制算法模塊、優化控制目標模塊、安全約束模塊以及物理約束模塊；所述加速尋優控制算法模塊通過調用發動機非線性實時數學模型，并根據優化控制目標模塊、安全約束模塊以及物理約束模塊為全權限數字電子控制器提供最優控制策略。

上述的電磁閥組件分別通過幾何位置調節組件和主燃油控制組件與航空發動機相連。

本發明還公開了一種挖掘航空發動機的加速潛能的控制方法，包括以下步驟：