[發明專利]一種航空發動機進口畸變下推力衰退自主控制方法

在審

• 申請號: 202010157176.3
• 申請日: 2020-03-09
• 公開（公告）號: CN111255574A
• 公開（公告）日: 2020-06-09
• 發明（設計）人: 魯峰;閆召洪;黃金泉;仇小杰;秦海勤
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: F02C9/00
• 分類號: F02C9/00
• 代理公司: 南京瑞弘專利商標事務所(普通合伙) 32249
• 代理人: 秦秋星

本發明公開了一種航空發動機進口畸變條件下推力衰退自主控制方法，該方法包括：建立進口畸變對推力、喘振裕度等狀態量的影響關系，采用NARMA?L2模型結合迭代學習控制方法建立轉速控制系統；結合轉速控制系統，設計基于變增量LP算法的推力尋優模塊，得到適應發動機發生進口畸變的推力衰退自主控制器。本發明解決了常規控制器在發動機發生進口畸變的情況下整機推力水平下降的問題，適用于在一定飛行包線內不同工作點的發動機推力衰退自主控制，對于在不超溫、不超轉的情況下緩解由發動機進口畸變引起的整機推力損失、提高發動機整機性能表現有著積極的促進作用。

技術領域

本發明屬于航空發動機推力衰退自主控制技術領域，尤其涉及一種航空發動機進口畸變下推力衰退自主控制方法。

背景技術

航空發動機是飛機的心臟，保證其穩定工作對于飛行安全來說至關重要。艦載機在起飛和著艦時，由于海面鹽霧條件等因素，其發動機進口畸變不可避免，致使部件特性及相關設計參數發生變化；此外當飛機格斗或作機動飛行時，發動機常常工作在存在大攻角和側滑角的條件下，進口畸變同樣十分嚴重，導致發動機性能下降甚至不穩定工作。為了確保飛行器的安全飛行、延長發動機使用壽命，需要對發生部件性能突變的發動機進行推力恢復，因此，研究航空發動機推力衰退自主控制方法十分必要。

航空發動機是一個復雜的熱力學系統，具有很強的不確定性和時變性，為了有效防止壓氣機喘振，保證航空發動機的穩定工作，需要保留足夠的喘振裕度。航空發動機性能越先進，其穩定工作范圍要求越寬，抗進口畸變能力越強，對喘振裕度的要求也就越高。但喘振裕度的提高是以犧牲發動機的設計性能為代價的，過于保守的喘振裕度設計極大地限制了發動機的性能發揮。因此，當喘振裕度滿足必需要求的前提下，可以適量減小以提高發動機性能。同時，航空發動機的復雜性使得轉速控制器的設計變得困難。帶有反饋線性化的非線性自回歸滑動平均(NARMA-L2)控制器是一種有效的人工神經網絡控制器架構。在一定條件下，非線性系統的輸入輸出關系可以由NARMA-L2模型辨識得到，并且可以通過簡單的數學變換得到控制律。然而由于NARMA-L2模型存在建模誤差和訓練誤差，使得所設計的控制器性能在包線內應用受到影響。因此，本發明設計一種基于迭代學習修正的航空發動機性能衰退緩解控制器(IL-NARMA-L2)，該方法利用迭代學習算法對控制量進行在線補償，以消除控制系統響應的穩態誤差，降低系統超調量，提高了控制性能。

本發明提出了基于變增量LP算法的航空發動機進口畸變下推力衰退自主控制器，在發動機轉速控制器外部加入性能恢復控制回路，其中轉速控制通過NARMA-L2模型逆實現。當發動機發生進口畸變時，首先將高壓轉子轉速指令降低1％確保發動機安全工作，之后利用變增量LP優化算法在保證發動機不超限條件下得到推力衰退自主所需的主燃燒室燃油流量和尾噴口喉道面積控制量，從而使發動機在進口畸變導致性能退化情況下盡可能繼續提供所需推力。

發明內容

針對上述技術問題，本發明提供一種航空發動機進口畸變下推力衰退自主的控制方法，針對常規控制器在發動機在進口畸變的情況下推力水平下降的問題，將基于變增量LP算法的推力尋優模塊同IL-NARMA-L2轉速控制器控制系統結合，得到發動機推力衰退自主控制器。該方法可在不超溫、不超轉的情況下緩解由進口畸變引起的整機推力損失，提高發動機整機性能表現。

技術方案：為實現上述目的，本發明采用的技術方案為：

一種航空發動機進口畸變下推力衰退自主控制方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟A)建立進口畸變對推力、喘振裕度等狀態量的影響關系，利用發動機主燃油量與高壓轉子轉速之間的數學映射，設計基于IL-NARMA-L2轉速控制的迭代學習控制器；

步驟B)結合IL-NARMA-L2轉速控制器，開發基于變增量LP算法推力尋優的多變量控制模塊，建立適應發動機發生進口畸變的推力衰退自主控制器。