[發(fā)明專(zhuān)利]氣路部件故障下基于IGA的發(fā)動(dòng)機(jī)最低油耗控制優(yōu)化方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110079292.2
• 申請(qǐng)日: 2021-01-21
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN112949161A
• 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(zhuān)利權(quán)）人: 西北工業(yè)大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): G06F30/27
• 分類(lèi)號(hào): G06F30/27;G06N3/12
• 代理公司: 暫無(wú)信息
• 代理人: 暫無(wú)信息

1.一種氣路部件故障下基于IGA的發(fā)動(dòng)機(jī)最低油耗控制優(yōu)化方法，其特征在于：第一步建立航空發(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；

第二步確定最低油耗控制模式的目標(biāo)函數(shù)和約束函數(shù)；

第三步以改進(jìn)遺傳算法優(yōu)化計(jì)算；

第四步輸出最優(yōu)控制變量給航空發(fā)動(dòng)機(jī)。

所述一種氣路部件故障下基于IGA的發(fā)動(dòng)機(jī)最低油耗控制優(yōu)化方法，其特征在于：所述改進(jìn)遺傳算法是對(duì)基本遺傳算法進(jìn)行了改進(jìn)，主要對(duì)遺傳算法的初始種群的構(gòu)造、適應(yīng)度函數(shù)、交叉算子和變異算子等方面進(jìn)行了改進(jìn)。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種氣路部件故障下基于IGA的發(fā)動(dòng)機(jī)最低油耗控制優(yōu)化方法，其特征在于：所述氣路部件故障診斷模塊中包括非線性機(jī)載發(fā)動(dòng)機(jī)模型和分段線性化卡爾曼濾波器；

所述非線性機(jī)載發(fā)動(dòng)機(jī)模型為帶健康參數(shù)的發(fā)動(dòng)機(jī)非線性模型：

y＝g(x,u,h)

其中為控制輸入向量，,包括調(diào)節(jié)主燃油流量W_f、尾噴管面積A₉、風(fēng)扇導(dǎo)葉角度dvgl和壓氣機(jī)導(dǎo)葉角度dvgh，為狀態(tài)向量，為輸出向量，包括燃油消耗率sfc和發(fā)動(dòng)機(jī)推力F和其他發(fā)動(dòng)機(jī)可測(cè)輸出，包括進(jìn)氣道出口、風(fēng)扇出口、壓氣機(jī)出口、高壓渦輪后、低壓渦輪后的溫度和壓力，風(fēng)扇轉(zhuǎn)速和壓氣機(jī)轉(zhuǎn)速，為健康參數(shù)向量，f(·)為表示系統(tǒng)動(dòng)態(tài)的n維可微非線性向量函數(shù)，g(·)為產(chǎn)生系統(tǒng)輸出的m維可微非線性向量函數(shù)；非線性機(jī)載發(fā)動(dòng)機(jī)模型輸入為控制輸入向量u以及上一周期的健康參數(shù)h，其輸出的健康穩(wěn)態(tài)參考值(x_aug,NOBEM,y_NOBEM)作為分段線性化卡爾曼濾波器當(dāng)前周期的估計(jì)初始值；

所述分段線性化卡爾曼濾波器的輸入為測(cè)量參數(shù)y以及非線性機(jī)載發(fā)動(dòng)機(jī)模型輸出的健康穩(wěn)態(tài)參考值(x_aug,NOBEM,y_NOBEM)，根據(jù)公式

計(jì)算得到當(dāng)前周期的發(fā)動(dòng)機(jī)的健康參數(shù)h；其中K為卡爾曼濾波的增益，滿足P為Ricati方程的解；系數(shù)A_aug和C_aug根據(jù)公式

確定，而A、C、L、M是將健康參數(shù)h看作發(fā)動(dòng)機(jī)的控制輸入，并對(duì)非線性機(jī)載發(fā)動(dòng)機(jī)模型在健康穩(wěn)態(tài)參考點(diǎn)處進(jìn)行線性化得到的反映發(fā)動(dòng)機(jī)氣路部件故障的增廣線性狀態(tài)變量模型

的系數(shù)：

w為系統(tǒng)噪聲，v為測(cè)量噪聲，相應(yīng)的協(xié)方差矩陣為對(duì)角陣Q和R。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種氣路部件故障下基于IGA的發(fā)動(dòng)機(jī)最低油耗控制優(yōu)化方法，其特征在于：所述的最低油耗控制模式為在保證發(fā)動(dòng)機(jī)安全工作的前提下，保證發(fā)動(dòng)機(jī)推力不變，降低發(fā)動(dòng)機(jī)的耗油率，其數(shù)學(xué)描述如下：

性能指標(biāo)：

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(jī)不喘振、高壓轉(zhuǎn)子不超轉(zhuǎn)、風(fēng)扇不超轉(zhuǎn)、燃燒室不富油熄火、主燃燒室供油量不超過(guò)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(duì)于最低油耗控制模式需要求解如下非線性約束問(wèn)題：

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