航空發(fā)動機模型基優(yōu)化控制技術(shù)研究.pdf

1、隨著對航空發(fā)動機性能要求的不斷提高，航空發(fā)動機控制系統(tǒng)已由傳統(tǒng)獨立于飛機控制系統(tǒng)的設計方法，向飛行/推進系統(tǒng)綜合控制方向發(fā)展。航空發(fā)動機模型基優(yōu)化控制作為飛行/推進系統(tǒng)綜合控制中的重要內(nèi)容，可在基本不增加機載硬件的條件下，僅通過控制算法充分挖掘發(fā)動機某項或綜合性能潛力，提升飛機的飛行品質(zhì)。本文以航空發(fā)動機模型基優(yōu)化控制為主線，重點對固定翼飛機/發(fā)動機綜合控制與直升機/渦軸發(fā)動機綜合控制開展研究，具體包括機載發(fā)動機模型研究、綜合優(yōu)化控制、

2、高穩(wěn)定性控制、綜合抗擾控制等內(nèi)容。
　　論文首先對固定翼飛機/發(fā)動機綜合優(yōu)化控制進行研究。提出了基于相似理論建立線性與非線性相結(jié)合的發(fā)動機機載復合穩(wěn)態(tài)模型，并將發(fā)動機部件蛻化因素納入考慮，結(jié)合改進Kalman濾波器反映發(fā)動機性能蛻化時的真實狀態(tài)。進而，提出了機載復合模型與FSQP算法相結(jié)合的發(fā)動機多模式性能優(yōu)化控制，包括最大推力、最小油耗、最低渦輪溫度等控制模式，并分別應用于飛機平飛加速、爬升、巡航、大馬赫數(shù)飛行等飛行任務中，通過

3、數(shù)字仿真驗證了優(yōu)化方案的有效性。
　　其次，論文研究了超機動飛行時發(fā)動機的高穩(wěn)定性控制。建立了基于特征選擇及在線攻角預測的發(fā)動機喘振裕度估計模型，并基于該模型設計了發(fā)動機直接喘振裕度控制與發(fā)動機進氣畸變預測補償控制兩種高穩(wěn)定性控制方法，通過實時調(diào)整發(fā)動機工作點保證發(fā)動機的穩(wěn)定性。其中，前者改變了傳統(tǒng)基于傳感器的控制形態(tài)，將喘振裕度作為被控量直接加入控制回路，取得了更為高效的控制效果，后者則以預測補償為中心，在發(fā)動機原控制回路不變的

4、基礎上進行壓比損失補償控制，使得控制體系的實現(xiàn)更為簡單。
　　再者，對于直升機/渦軸發(fā)動機綜合優(yōu)化控制，論文采用數(shù)據(jù)驅(qū)動的方法建立了渦軸發(fā)動機簡化模型與蛻化估計模塊作為渦軸發(fā)動機機載模型，前者是基于包線劃分設計小包線的神經(jīng)網(wǎng)絡映射模塊，后者則通過設計先進的MRR-LSSVR算法離線訓練，并以多輸出特征選擇算法篩選最具價值的模型輸入來提升估計精度;進而基于上述機載模型設計了最小油耗、串行優(yōu)化最小油耗、最大功率、最低渦輪溫度等直/發(fā)綜

5、合優(yōu)化控制模式，在渦軸發(fā)動機額定/非額定狀態(tài)下均實現(xiàn)了優(yōu)化精度與優(yōu)化實時性兼優(yōu)的良好效果。
　　最后，針對直升機/渦軸發(fā)動機綜合抗擾控制，以旋翼扭矩為關(guān)聯(lián)量，引入預測控制技術(shù)，通過設計滾動優(yōu)化機制克服由旋翼扭矩測量滯后、發(fā)動機動態(tài)響應、數(shù)據(jù)傳輸?shù)纫鸬臅r滯效應，改善系統(tǒng)的抗擾性能。論文先后提出了基于離線預測模型的渦軸發(fā)動機非線性模型預測控制與基于在線預測模型的串級+NMPC混合預測控制兩種方法，前者的預測模型通過MRR-LSSVR