[發明專利]氣路部件故障下基于IGA的發動機最低油耗控制優化方法

在審

• 申請號: 202110079292.2
• 申請日: 2021-01-21
• 公開（公告）號: CN112949161A
• 公開（公告）日: 2021-06-11
• 發明（設計）人: 緱林峰;劉志丹;孫楚佳;楊江
• 申請（專利權）人: 西北工業大學
• 主分類號: G06F30/27
• 分類號: G06F30/27;G06N3/12
• 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基于改進遺傳算法的航空發動機最低油耗控制優化方法，根據航空發動機的特點，對遺傳算法進行了改進，主要對遺傳算法的初始種群的構造、適應度函數、交叉算子和變異算子等方面進行了改進，改進后的遺傳算法可以發揮遺傳算法的優勢，并避開其不足，加快收斂速度、提高搜尋結果的質量。將改進遺傳算法用于最低油耗性能尋優。并且最低油耗性能尋優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進行優良控制，可以在發動機氣路部件故障的情況下，實現發動機推力保持不變并降低耗油率，提高飛機的飛行距離和安全性。

技術領域

本發明涉及航空發動機控制技術領域，尤其涉及一種氣路部件故障下基于IGA的發動機最低油耗控制優化方法。

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。

目前航空發動機控制的特點向精細化、模塊化、綜合化發展，現在的發動機控制已經不是控制模塊基礎上的簡單綜合，而是更加強調控制系統結構與功能的優化與提升。提高發動機性能的一個主要途徑是發動機性能尋優控制。發動機性能尋優控制是指為了使發動機的性能指標達到最優，更進一步挖掘發動機的性能潛力，在發動機安全工作的前提下，在控制硬件可承受的范圍內，對現有或新型發動機的性能進行優化。因此，提升我國航空發動機整體性能水平以及掌握世界先進航空發動機控制技術的關鍵在于研究先進的發動機性能尋優控制模式和控制方法。

同時，制空權在現代戰爭中扮演著至關重要的角色，掌握制空權就把握住了戰爭勝負的關鍵。隨著科技的高速發展，現代空戰對戰斗機提出了更高的要求，這些要求主要體現在飛行包線的更加寬廣、作戰半徑的擴大、機動性及靈活性的提高、推重比的增加、油耗的降低、短距離的起動、可靠性和可操作性的提升等方面。發動機的最低油耗控制模式的目的是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，提高飛機的作戰半徑。

國內外在發動機最低油耗尋優控制的研究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。難點在于尋找既有較強的全局收斂能力，又能較快收斂的優化算法。比如，遺傳算法具有計算量大，耗時長，易早熟等缺點，不適宜應用于復雜的航空發動機性能尋優中。

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最低油耗性能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，本發明提出一種氣路部件故障下基于IGA的發動機最低油耗控制優化方法，對遺傳算法進行改進，并將改進的遺傳算法應用于發動機最低油耗尋優控制模式中，能夠在發動機機氣路部件故障的情況下，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，提高飛機的安全性和飛行距離。