[發(fā)明專利]氣路部件故障下基于IPSO的發(fā)動(dòng)機(jī)加速過(guò)程最優(yōu)控制方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110079277.8
• 申請(qǐng)日: 2021-01-21
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN112949160A
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-06-11
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 緱林峰;劉志丹;孫楚佳;楊江
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 西北工業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): G06F30/27
• 分類號(hào): G06F30/27;G06N3/00;G06F111/04
• 代理公司: 暫無(wú)信息
• 代理人: 暫無(wú)信息

本發(fā)明提出一種氣路部件故障下基于IPSO的發(fā)動(dòng)機(jī)加速過(guò)程最優(yōu)控制方法，根據(jù)航空發(fā)動(dòng)機(jī)的特點(diǎn)，針對(duì)原始粒子群算法迭代后期容易陷入局部最優(yōu)，收斂精度低，易發(fā)散等缺點(diǎn)，對(duì)粒子群算法進(jìn)行改進(jìn)。對(duì)粒子群算法中重要參數(shù)的改進(jìn)；與GuoA算法相結(jié)合，有針對(duì)性的進(jìn)行改進(jìn)。將改進(jìn)粒子群算法用于加速過(guò)程尋優(yōu)，并且設(shè)計(jì)最優(yōu)控制器所用的發(fā)動(dòng)機(jī)模型考慮了發(fā)動(dòng)機(jī)氣路部件故障。本發(fā)明能夠在發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)氣路部件故障的情況下依舊對(duì)真實(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)的加速過(guò)程進(jìn)行優(yōu)良控制，可以實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)氣路部件故障的情況下加速過(guò)程的最優(yōu)控制，在保證發(fā)動(dòng)機(jī)安全工作前提下，縮短發(fā)動(dòng)機(jī)加速時(shí)間，有效改善發(fā)動(dòng)機(jī)加速性能，提高飛機(jī)的機(jī)動(dòng)性和容錯(cuò)能力。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及航空發(fā)動(dòng)機(jī)控制技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種氣路部件故障下基于IPSO的發(fā)動(dòng)機(jī)加速過(guò)程最優(yōu)控制方法。

背景技術(shù)

航空發(fā)動(dòng)機(jī)是飛機(jī)的心臟，是衡量一個(gè)國(guó)家航空事業(yè)發(fā)展水平的重要指標(biāo)之一，因此對(duì)強(qiáng)化動(dòng)力系統(tǒng)的研究對(duì)提升國(guó)家航空技術(shù)整體水平具有重要意義。由于航空發(fā)動(dòng)機(jī)的工作過(guò)程復(fù)雜多變，且具有強(qiáng)非線性、多控制變量、時(shí)變、復(fù)雜的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，因此，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)控制問(wèn)題的研究比一般控制系統(tǒng)更為困難。

現(xiàn)代戰(zhàn)機(jī)對(duì)飛機(jī)的機(jī)動(dòng)性要求非常高，良好的機(jī)動(dòng)性就要求發(fā)動(dòng)機(jī)具有良好的加速性能。加速過(guò)程控制是航空發(fā)動(dòng)機(jī)過(guò)渡態(tài)控制的一種，相較于發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)、接通/切斷加力、減速控制，加速過(guò)程控制對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)以及飛機(jī)性能的影響更為明顯。發(fā)動(dòng)機(jī)的加速過(guò)程直接影響戰(zhàn)斗機(jī)的重要飛行指標(biāo)(如：戰(zhàn)斗機(jī)加速、爬升和緊急著陸復(fù)飛等等)，因此，研究發(fā)動(dòng)機(jī)加速過(guò)程的最優(yōu)控制，改善發(fā)動(dòng)機(jī)加速性能具有重要意義。

國(guó)內(nèi)外在發(fā)動(dòng)機(jī)加速過(guò)程的最優(yōu)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(shù)難題或待改進(jìn)之處。比如，粒子群算法往往出現(xiàn)早熟收斂和全局收斂性能差等缺點(diǎn)，不能直接用在航空發(fā)動(dòng)機(jī)加速過(guò)程的尋優(yōu)控制中。

并且，現(xiàn)代戰(zhàn)機(jī)對(duì)航空發(fā)動(dòng)機(jī)性能的要求不斷提高，其結(jié)構(gòu)也越來(lái)越復(fù)雜，并且由于發(fā)動(dòng)機(jī)工作環(huán)境的惡劣多變，發(fā)動(dòng)機(jī)故障約占飛機(jī)總故障的1/3。其中，氣路部件故障占發(fā)動(dòng)機(jī)總體故障的90％以上，其維護(hù)費(fèi)用占發(fā)動(dòng)機(jī)總體維護(hù)費(fèi)用的60％。為了保證發(fā)動(dòng)機(jī)安全工作并使故障發(fā)動(dòng)機(jī)提供足夠的性能來(lái)保證飛機(jī)安全飛行或具有高的機(jī)動(dòng)性，必須對(duì)故障的發(fā)動(dòng)機(jī)性能進(jìn)行恢復(fù)，并且對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行容錯(cuò)控制，保證控制系統(tǒng)正常穩(wěn)定工作且具有良好的性能。因此，研究發(fā)動(dòng)機(jī)氣路部件故障容錯(cuò)控制方法具有重要意義。

傳統(tǒng)的氣路部件故障容錯(cuò)控制方法在航空發(fā)動(dòng)機(jī)出現(xiàn)氣路部件故障時(shí)通過(guò)修正控制規(guī)律，使得發(fā)動(dòng)機(jī)的推力與油門桿始終匹配，有效的保證了發(fā)動(dòng)機(jī)的推力。然而，這些設(shè)計(jì)方法并沒(méi)有解決當(dāng)前控制器和發(fā)動(dòng)機(jī)模型不匹配從而導(dǎo)致控制系統(tǒng)性能下降甚至不穩(wěn)定的問(wèn)題。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)生氣路部件故障時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)在同一工作點(diǎn)的線性化模型也會(huì)發(fā)生較大變化。因此，根據(jù)正常狀態(tài)的發(fā)動(dòng)機(jī)模型設(shè)計(jì)的控制器一般無(wú)法保證氣路部件故障時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)的性能，甚至無(wú)法保證控制系統(tǒng)的閉環(huán)穩(wěn)定。

綜上，研究氣路部件故障狀態(tài)下發(fā)動(dòng)機(jī)的加速過(guò)程尋優(yōu)控制具有重要意義。

發(fā)明內(nèi)容

為解決現(xiàn)有技術(shù)存在的問(wèn)題，本發(fā)明提出一種氣路部件故障下基于IPSO的發(fā)動(dòng)機(jī)加速過(guò)程最優(yōu)控制方法，對(duì)粒子群算法進(jìn)行改進(jìn)，并將改進(jìn)的粒子群算法應(yīng)用于發(fā)動(dòng)機(jī)加速過(guò)程尋優(yōu)控制，并且加速過(guò)程尋優(yōu)控制所用的發(fā)動(dòng)機(jī)模型為考慮了發(fā)動(dòng)機(jī)氣路部件故障的非線性機(jī)載發(fā)動(dòng)機(jī)模型。能夠在發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)氣路部件故障的情況下依舊對(duì)真實(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行優(yōu)良控制，實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)加速過(guò)程的最優(yōu)控制，提高發(fā)動(dòng)機(jī)的加速過(guò)程性能，提高飛機(jī)的機(jī)動(dòng)性和容錯(cuò)能力。

本發(fā)明的技術(shù)方案為：

首先航空發(fā)動(dòng)機(jī)的氣路部件故障診斷模塊，包含非線性機(jī)載發(fā)動(dòng)機(jī)模型和分段線性化卡爾曼濾波器，然后結(jié)合氣路部件故障診斷模塊中的非線性機(jī)載發(fā)動(dòng)機(jī)模型，以改進(jìn)粒子群算法來(lái)進(jìn)行發(fā)動(dòng)機(jī)加速過(guò)程尋優(yōu)，以實(shí)現(xiàn)某型航空渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)加速過(guò)程最優(yōu)。