[發(fā)明專利]基于自適應(yīng)增強(qiáng)算法的渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)直接數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)控制方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010013151.6
• 申請(qǐng)日: 2020-01-07
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN111219257B
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-07-22
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 馬艷華;杜憲;韓英舉;趙旭東;孫希明
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 大連理工大學(xué)
• 主分類號(hào): F02C9/00
• 分類號(hào): F02C9/00
• 代理公司: 大連理工大學(xué)專利中心 21200
• 代理人: 溫福雪;侯明遠(yuǎn)

本發(fā)明屬于航空發(fā)動(dòng)機(jī)控制技術(shù)領(lǐng)域，本發(fā)明提出了一種基于自適應(yīng)增強(qiáng)算法的渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)直接數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)控制方法。首先基于最小二乘支持向量機(jī)算法，設(shè)計(jì)渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)控制器，進(jìn)一步，通過(guò)自適應(yīng)增強(qiáng)算法改變訓(xùn)練樣本的權(quán)重，從而構(gòu)建成多個(gè)基本學(xué)習(xí)器組合成強(qiáng)學(xué)習(xí)器的渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)直接數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)控制器。相對(duì)于過(guò)去僅采用LSSVM的方案，通過(guò)使用自適應(yīng)增強(qiáng)方法，不僅提高了控制精度，而且提升了算法的泛化能力，并有效解決了樣本稀疏性問(wèn)題。通過(guò)本發(fā)明設(shè)計(jì)的基于自適應(yīng)增強(qiáng)算法的渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)直接數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)控制方法。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于航空發(fā)動(dòng)機(jī)控制技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于自適應(yīng)增強(qiáng)算法的渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)直接數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)控制方法。

背景技術(shù)

渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)，簡(jiǎn)稱為渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)，以其高推進(jìn)效率，低燃油消耗率等優(yōu)點(diǎn)廣泛應(yīng)用于軍用和民用領(lǐng)域。控制系統(tǒng)作為渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)的大腦，是直接決定其安全和性能的關(guān)鍵部件。渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)作為一個(gè)復(fù)雜的強(qiáng)非線性系統(tǒng)，如何對(duì)其進(jìn)行有效的控制成為了一個(gè)難題。傳統(tǒng)的渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)采用PID控制算法和MIN/MAX切換相結(jié)合的控制方式，這種方式具有保守性，性能提升小，動(dòng)態(tài)響應(yīng)慢。與此同時(shí)，隨著新興的控制理論相繼出現(xiàn)及在其他領(lǐng)域的驗(yàn)證和應(yīng)用，如何采用先進(jìn)的控制技術(shù)，改善渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)傳統(tǒng)控制所帶來(lái)的保守性，提高渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)的安全性和性能，具有重要的應(yīng)用意義。

已有文獻(xiàn)表明，渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)控制技術(shù)主要分為基于模型的方法和基于數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的方法。首先，在基于模型的控制方法中，如果明確控制對(duì)象的動(dòng)力學(xué)行為，便可以據(jù)此設(shè)計(jì)出控制器使被控對(duì)象達(dá)到所需的控制要求，而對(duì)于渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)這樣一個(gè)復(fù)雜的熱力學(xué)系統(tǒng)，很難達(dá)到理想的精確參數(shù)的模型，所以很難使渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)達(dá)到最優(yōu)的控制效果。另一方面，則是基于數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的控制方法，這種方法可以直接利用被控系統(tǒng)或在線或離線的輸入輸出的數(shù)據(jù)，而不用通過(guò)分析和使用被控對(duì)象的數(shù)學(xué)模型來(lái)設(shè)計(jì)控制器，同樣可以達(dá)到預(yù)設(shè)的控制目標(biāo)。因此相對(duì)于基于模型的控制方法，基于數(shù)據(jù)的航空渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)控制擺脫了對(duì)于其精確模型的依賴性，解決了在未建立渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)精確數(shù)學(xué)模型，或很難建立機(jī)理模型時(shí)對(duì)渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)有效控制的問(wèn)題。然而，對(duì)于數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的算法，存在以下問(wèn)題：1、單一模型泛化能力較弱，不能完全對(duì)渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)這類復(fù)雜非線性系統(tǒng)不同工況下、全包線范圍內(nèi)進(jìn)行控制；2、由于渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)數(shù)據(jù)相對(duì)較少，容易出現(xiàn)數(shù)據(jù)樣本稀疏性問(wèn)題，從而降低數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)模型的精度和泛化能力。因此，針對(duì)以上問(wèn)題，設(shè)計(jì)一種能夠解決泛化能力較弱和樣本稀疏性問(wèn)題的渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)的直接數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)控制方法，具有重大的意義。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)現(xiàn)有渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)控制方法存在的問(wèn)題，本發(fā)明提出了一種基于自適應(yīng)增強(qiáng)算法的渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)直接數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)控制方法。首先基于最小二乘支持向量機(jī)(Least SquaresSupport Vector Machine,LSSVM)算法，設(shè)計(jì)渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)控制器，進(jìn)一步，通過(guò)自適應(yīng)增強(qiáng)算法改變訓(xùn)練樣本的權(quán)重，從而構(gòu)建成多個(gè)基本學(xué)習(xí)器組合成強(qiáng)學(xué)習(xí)器的渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)直接數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)控制器。相對(duì)于過(guò)去僅采用LSSVM的方案，通過(guò)使用自適應(yīng)增強(qiáng)方法，不僅提高了控制精度，而且提升了算法的泛化能力，并有效解決了樣本稀疏性問(wèn)題。

本發(fā)明的技術(shù)方案：

基于自適應(yīng)增強(qiáng)算法的渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)直接數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)控制方法，步驟如下：

步驟1：建立渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)直接數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)控制器設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)集

步驟1.1：采集渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行過(guò)程中的控制信號(hào)，包括渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)的輸入燃油流量w_f(n)、低壓轉(zhuǎn)子的相對(duì)換算轉(zhuǎn)速n_1cor(n)和高壓轉(zhuǎn)子的相對(duì)換算轉(zhuǎn)速n_2cor(n)，n＝1,2,…表示第n個(gè)采樣周期；

步驟1.2：Δu表示渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)的輸入，Δy表示渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出，Δn_1cor(n)與Δn_2cor(n)分別表示渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)低壓轉(zhuǎn)子和高壓轉(zhuǎn)子的相對(duì)換算轉(zhuǎn)速變化量，Δw_f(n)為渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)輸入燃油流量的變化量，定義