[發明專利]考慮氣路部件故障的航空發動機加速過程最優控制方法

在審

• 申請號: 202110046377.0
• 申請日: 2021-01-14
• 公開（公告）號: CN112879165A
• 公開（公告）日: 2021-06-01
• 發明（設計）人: 劉志丹;緱林峰;楊江
• 申請（專利權）人: 西北工業大學
• 主分類號: F02C7/26
• 分類號: F02C7/26
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明提出一種考慮氣路部件故障的航空發動機加速過程最優控制方法，根據航空發動機的特點，對改進單純形法進行了改進，對反射中心進行了改進，并添加了“頂點平移”策略。頂點平移操作可加快搜索速度，快速收斂到最優解。將改進改進單純形法用于加速過程尋優，輸出最優控制變量給航空發動機。并且設計最優控制器所用的發動機模型為考慮了發動機氣路部件故障的非線性機載發動機模型。本發明能夠在發動機機氣路部件故障的情況下依舊對真實發動機的加速過程進行優良控制，可以實現發動機氣路部件故障的情況下加速過程的最優控制，在保證發動機安全工作前提下，縮短發動機加速時間，有效改善發動機加速性能，提高飛機的機動性和容錯能力。

技術領域

本發明涉及航空發動機控制技術領域，尤其涉及一種考慮氣路部件故障的航空發動機加速過程最優控制方法。

背景技術

航空發動機是飛機的心臟，是衡量一個國家航空事業發展水平的重要指標之一，因此對強化動力系統的研究對提升國家航空技術整體水平具有重要意義。由于航空發動機的工作過程復雜多變，且具有強非線性、多控制變量、時變、復雜的結構特點，因此，對發動機控制問題的研究比一般控制系統更為困難。

現代戰機對飛機的機動性要求非常高，良好的機動性就要求發動機具有良好的加速性能。加速過程控制是航空發動機過渡態控制的一種，相較于發動機起動、接通/切斷加力、減速控制，加速過程控制對發動機以及飛機性能的影響更為明顯。發動機的加速過程直接影響戰斗機的重要飛行指標(如：戰斗機加速、爬升和緊急著陸復飛等等)，因此，研究發動機加速過程的最優控制，改善發動機加速性能具有重要意義。

國內外在發動機加速過程的最優控制研究中雖然取得了一定成果，但也存在許多尚未解決的技術難題或待改進之處。比如，單純形法具有超線性收斂速度，迭代次數少，但是基本單純形法對初值敏感，易陷入局部最優解，不適宜應用于復雜的航空發動機加速過程尋優控制中。

并且，現代戰機對航空發動機性能的要求不斷提高，其結構也越來越復雜，并且由于發動機工作環境的惡劣多變，發動機故障約占飛機總故障的1/3。其中，氣路部件故障占發動機總體故障的90％以上，其維護費用占發動機總體維護費用的60％。為了保證發動機安全工作并使故障發動機提供足夠的性能來保證飛機安全飛行或具有高的機動性，必須對故障的發動機性能進行恢復，并且對發動機進行容錯控制，保證控制系統正常穩定工作且具有良好的性能。因此，研究發動機氣路部件故障容錯控制方法具有重要意義。

傳統的氣路部件故障容錯控制方法在航空發動機出現氣路部件故障時通過修正控制規律，使得發動機的推力與油門桿始終匹配，有效的保證了發動機的推力。然而，這些設計方法并沒有解決當前控制器和發動機模型不匹配從而導致控制系統性能下降甚至不穩定的問題。當發動機發生氣路部件故障時，發動機在同一工作點的線性化模型也會發生較大變化。因此，根據正常狀態的發動機模型設計的控制器一般無法保證氣路部件故障時發動機的性能，甚至無法保證控制系統的閉環穩定。

綜上，研究氣路部件故障狀態下發動機的加速過程尋優控制具有重要意義。

發明內容

為解決現有技術存在的問題，本發明提出一種考慮氣路部件故障的航空發動機加速過程最優控制方法，對單純形法進行改進，并將改進的單純形法應用于發動機加速過程尋優控制，并且加速過程尋優控制所用的發動機模型為考慮了發動機氣路部件故障的非線性機載發動機模型。能夠在發動機機氣路部件故障的情況下依舊對真實發動機進行優良控制，實現發動機加速過程的最優控制，提高發動機的加速過程性能，提高飛機的機動性和容錯能力。

本發明的技術方案為：

首先航空發動機的氣路部件故障診斷模塊，包含非線性機載發動機模型和分段線性化卡爾曼濾波器，然后結合氣路部件故障診斷模塊中的非線性機載發動機模型，以改進單純形法來進行發動機加速過程尋優，以實現某型航空渦扇發動機加速過程最優。