航空發(fā)動(dòng)機(jī)模型基優(yōu)化控制技術(shù)研究.pdf

1、隨著對(duì)航空發(fā)動(dòng)機(jī)性能要求的不斷提高，航空發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)已由傳統(tǒng)獨(dú)立于飛機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法，向飛行/推進(jìn)系統(tǒng)綜合控制方向發(fā)展。航空發(fā)動(dòng)機(jī)模型基優(yōu)化控制作為飛行/推進(jìn)系統(tǒng)綜合控制中的重要內(nèi)容，可在基本不增加機(jī)載硬件的條件下，僅通過控制算法充分挖掘發(fā)動(dòng)機(jī)某項(xiàng)或綜合性能潛力，提升飛機(jī)的飛行品質(zhì)。本文以航空發(fā)動(dòng)機(jī)模型基優(yōu)化控制為主線，重點(diǎn)對(duì)固定翼飛機(jī)/發(fā)動(dòng)機(jī)綜合控制與直升機(jī)/渦軸發(fā)動(dòng)機(jī)綜合控制開展研究，具體包括機(jī)載發(fā)動(dòng)機(jī)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(duì)固定翼飛機(jī)/發(fā)動(dòng)機(jī)綜合優(yōu)化控制進(jìn)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(dòng)機(jī)機(jī)載復(fù)合穩(wěn)態(tài)模型，并將發(fā)動(dòng)機(jī)部件蛻化因素納入考慮，結(jié)合改進(jìn)Kalman濾波器反映發(fā)動(dòng)機(jī)性能蛻化時(shí)的真實(shí)狀態(tài)。進(jìn)而，提出了機(jī)載復(fù)合模型與FSQP算法相結(jié)合的發(fā)動(dòng)機(jī)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(yīng)用于飛機(jī)平飛加速、爬升、巡航、大馬赫數(shù)飛行等飛行任務(wù)中，通過

3、數(shù)字仿真驗(yàn)證了優(yōu)化方案的有效性。
　　其次，論文研究了超機(jī)動(dòng)飛行時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)的高穩(wěn)定性控制。建立了基于特征選擇及在線攻角預(yù)測(cè)的發(fā)動(dòng)機(jī)喘振裕度估計(jì)模型，并基于該模型設(shè)計(jì)了發(fā)動(dòng)機(jī)直接喘振裕度控制與發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣畸變預(yù)測(cè)補(bǔ)償控制兩種高穩(wěn)定性控制方法，通過實(shí)時(shí)調(diào)整發(fā)動(dòng)機(jī)工作點(diǎn)保證發(fā)動(dòng)機(jī)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(yù)測(cè)補(bǔ)償為中心，在發(fā)動(dòng)機(jī)原控制回路不變的

4、基礎(chǔ)上進(jìn)行壓比損失補(bǔ)償控制，使得控制體系的實(shí)現(xiàn)更為簡(jiǎn)單。
　　再者，對(duì)于直升機(jī)/渦軸發(fā)動(dòng)機(jī)綜合優(yōu)化控制，論文采用數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的方法建立了渦軸發(fā)動(dòng)機(jī)簡(jiǎn)化模型與蛻化估計(jì)模塊作為渦軸發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)載模型，前者是基于包線劃分設(shè)計(jì)小包線的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)映射模塊，后者則通過設(shè)計(jì)先進(jìn)的MRR-LSSVR算法離線訓(xùn)練，并以多輸出特征選擇算法篩選最具價(jià)值的模型輸入來提升估計(jì)精度;進(jìn)而基于上述機(jī)載模型設(shè)計(jì)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(dòng)機(jī)額定/非額定狀態(tài)下均實(shí)現(xiàn)了優(yōu)化精度與優(yōu)化實(shí)時(shí)性兼優(yōu)的良好效果。
　　最后，針對(duì)直升機(jī)/渦軸發(fā)動(dòng)機(jī)綜合抗擾控制，以旋翼扭矩為關(guān)聯(lián)量，引入預(yù)測(cè)控制技術(shù)，通過設(shè)計(jì)滾動(dòng)優(yōu)化機(jī)制克服由旋翼扭矩測(cè)量滯后、發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)態(tài)響應(yīng)、數(shù)據(jù)傳輸?shù)纫鸬臅r(shí)滯效應(yīng)，改善系統(tǒng)的抗擾性能。論文先后提出了基于離線預(yù)測(cè)模型的渦軸發(fā)動(dòng)機(jī)非線性模型預(yù)測(cè)控制與基于在線預(yù)測(cè)模型的串級(jí)+NMPC混合預(yù)測(cè)控制兩種方法，前者的預(yù)測(cè)模型通過MRR-LSSVR