[发明专利]一种自适应循环发动机直接推力控制方法及系统

说明书

本发明公开了一种自适应循环发动机直接推力控制方法及系统，首先以三外涵自适应循环发动机为研究对象，基于深度堆叠自编码器网络建立了考虑性能退化的智能推力估计器；然后设计了基于推力反馈的双环控制结构，进行了自适应循环发动机直接推力控制规律设计，实现了自适应循环发动机的直接推力控制。本发明解决了自适应循环发动机部件发生性能退化之后，难以有效进行控制量调整以实现安全限制范围内的性能恢复问题，所设计的直接推力控制方法可以有效地对退化后的推力进行恢复。

技术领域

本发明属于航空发动机系统控制与仿真领域，主要设计一种自适应循环发动机直接推力控制方法及系统。

背景技术

航空发动机是飞行器的动力来源，调节发动机使其产生稳定、合适的推力是控制系统最主要的作用。由于飞行过程中推力无法测量，经典的控制结构采用传感器直接反馈式，即将转速或压比等与推力水平相关的可测参数作为观测量反馈给控制器。随着高性能飞行器和基于模型的控制技术的发展，直接推力控制逐渐成为新一代战机的重要特征，它是一种可靠、高效、易于使用和维护的控制方法，且至今一直是研究的热点。直接推力控制最大的好处在于可以将油门杆角度与推力直接对应，避免由于发动机发生故障或退化后推力与转速的关系也随之变化而导致控制结果不确定。此外，直接推力控制还可以降低发动机的耗油率，提高其经济效益，对于提高发动机控制自主性，减轻飞行员负担具有重要意义。

自适应循环发动机(ACE)研究对我国航空动力领域的技术发展具有重要意义，对新一代战机性能提升具有重大的促进作用，因此亟需加大该技术领域的基础研究攻关。多部件几何参数可调这一特征给ACE研究带来了较大的困难，它的可调参数多达数十个，且各个参数之间存在强耦合，在发动机高速运转的情况下，不恰当的控制策略既有可能导致发动机进入不稳定的工作状态甚至停车。随着飞机性能需求的提高和飞行包线的拓展，针对传统的几何部件解耦、开环控制等方式难以充分挖掘ACE潜在性能的问题，需要对包括稳态与过渡态在内的ACE控制规律进行优化设计。同时，为了降低控制器的设计成本，利用基于模型的智能控制算法对ACE可调部件进行组合调节亦成为ACE控制领域研究的重点方向。

实现航空发动机直接推力控制的关键在于准确估算推力。从国内外公开资料来看，发动机推力估计技术仍处于研究之中，主要包括基于模型和数据驱动方法。基于模型的推力估计指的是利用实际可测参数和模型输出之间的残差修正机载模型，使其输出推力与真实推力匹配；而数据驱动的方法则需要在飞行包线内采集足够多的发动机稳、动态工作数据，通过对可测参数进行相关性分析确定输入，之后基于神经网络、支持向量机等人工智能算法进行非线性网络映射的训练，从而实现推力的估计与预测。在实际应用中，基于模型的推力估计方法通常会受到实时性和软、硬件存储空间的限制，而数据驱动的推力估计方法亦面临泛化能力差、动态过程估计精度不高、难以跟踪性能退化等问题，因此，迫切需要掌握满足计算精度与实时性要求的推力估计方法。

发明内容

发明目的：本发明针对智能发动机控制需求，面向飞行器发动机寿命期内的性能退化问题，提出一种基于堆叠自编码器的自适应循环发动机直接推力控制方法，通过建立考虑性能退化的智能推力估计器，并设计基于推力反馈的双环控制结构，实现自适应循环发动机的直接推力控制，在一定程度上实现了自适应循环发动机推力衰退缓解。

技术方案：为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种自适应循环发动机直接推力控制方法，包括如下步骤：

建立由内环和外环两个推力控制器组成的自适应循环发动机双环控制器，外环控制器包括推力估计器；

将发动机的推力期望值与推力估计器计算出的推力估计值之间的偏差输入外环控制器，计算出实现期望推力所需的发动机指令信号的修正值；

将修正后的指令信号输入内环控制器，内环控制器通过追踪修正后的指令信号从而达到推力控制的目的。