[發明專利]基于ISQP的航空發動機最低油耗控制優化方法

在審

• 申請號: 202110079286.7
• 申請日: 2021-01-21
• 公開（公告）號: CN112949027A
• 公開（公告）日: 2021-06-11
• 發明（設計）人: 緱林峰;劉志丹;孫楚佳;楊江;吳貞
• 申請（專利權）人: 西北工業大學
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G06F111/04
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.一種基于ISQP的航空發動機最低油耗控制優化方法，其特征在于：第一步建立航空發動機的非線性數學模型；

第二步確定最低油耗控制模式的目標函數和約束函數；

第三步以改進序列二次規劃算法優化計算；

第四步輸出最優控制變量給航空發動機。

所述一種基于ISQP的航空發動機最低油耗控制優化方法，其特征在于：所述改進序列二次規劃算法是一種新的強次可行序列二次規劃算法，該改進算法通過設計一個新的Armijio型曲線搜索和構造新的修正方向，彌補了傳統強次可行序列二次規劃方法中的缺陷。構造新的修正方向能夠克服Marotos效應，保證快速收斂到最優解。

2.根據權利要求1所述的一種基于ISQP的航空發動機最低油耗控制優化方法，其特征在于：所述航空發動機的非線性數學模型為

y＝f(x)

其中為控制輸入向量,包括調節主燃油流量W_f、尾噴管面積A₉、風扇導葉角度dvgl和壓氣機導葉角度dvgh，為輸出向量，包括燃油消耗率sfc和發動機推力F，f(·)為產生系統輸出的非線性向量函數。

3.根據權利要求1所述的一種基于ISQP的航空發動機最低油耗控制優化方法，其特征在于：所述的最低油耗控制模式為在保證發動機安全工作的前提下，保證發動機推力不變，降低發動機的耗油率，其數學描述如下：

性能指標：

約束條件：g_imin≤g_i(x)≤g_imax,i＝1,2,...

其中，g_i(x)為約束條件，包括渦輪前溫度不超溫、高壓壓氣機不喘振、高壓轉子不超轉、風扇不超轉、燃燒室不富油熄火、主燃燒室供油量不超過其最大供油量、噴管喉部面積不小于其最小面積等等，g_imin，g_imax分別為約束條件的下限值，上限值。

即對于最低油耗控制模式需要求解如下非線性約束問題：

其中控制變量x＝[W_f,A₉,dvgl,dvgh]^T，以上各個變量均在相應的變化范圍之內取初值。

4.根據權利要求1所述的一種基于ISQP的航空發動機最低油耗控制優化方法，其特征在于：所述改進序列二次規劃算法的算法流程為

(1)初始化。設置參數κ∈(2,3)，α∈(0,0.5)，β∈(0,1)，ρ∈(1,2)，0＜τ＜δ＜1；選取初始值x⁰∈Rⁿ，對稱正定矩陣B⁰∈R^n×n，并令k:＝0。

(2)求解二次規劃。計算求解子問題

得到一個(唯一)解和相應的KKT乘子向量如果則x^k是問題

min f(x)

s.t.g_j(x)≤0,j∈I＝{1,2,...,m},

的一個KKT點，終止；否則，轉(3)。

(3)計算搜索方向。通過求改進方向d^k，通過求高階修正方向

(4)曲線搜索。計算步長λ_k，λ_k是序列{1,β,β²,...}中第一個滿足下式的λ值

其中

(5)更新。計算一個新的對稱正定矩陣B^k+1，令k:＝k+1，并轉(2)。

5.根據權利要求1所述的一種基于ISQP的航空發動機最低油耗控制優化方法，其特征在于：所述控制變量為調節主燃油流量W_f、尾噴管面積A₉、風扇導葉角度dvgl和壓氣機導葉角度dvgh。