[发明专利]一种飞机自适应动力与热管理系统的能量管理策略

说明书

本发明公开了一种飞机自适应动力与热管理系统(APTMS)的能量管理策略，属于飞机综合一体化热/能量技术领域。本发明首先采用瞬时优化能量管理策略结合多种工况离线仿真得到APTMS能量优化规则，随后采用模糊C‑均值聚类对能量管理规则进行分类并提取部分规则作为神经网络的训练样本。训练得到的BP神经网络控制器根据APTMS实时工况控制系统的能量分配，以实现能量优化管理。本发明飞机自适应动力与热管理系统(APTMS)的能量管理策略不仅能够保证APTMS的燃油经济性，而且明显提高了能量管理的实时性。

技术领域：

本发明公开了基于瞬时能量优化和BP神经网络的飞机自适应动力与热管理系统的能量管理策略，属于飞机综合一体化热/能量技术领域。

背景技术：

为满足未来能量优化飞机的发展需求，机载系统的多电化、综合化技术成为当前的研究焦点。新型自适应动力与热管理系统(APTMS)被视为机载系统综合热/能管理技术的重要发展方向。它综合了传统机载机电系统中的应急动力系统、辅助动力系统和环控系统功能，采用自适应的组合动力单元，实现了系统内多能量形式的交联和优化管理；应用燃油和风扇涵道空气等多热沉形式，增强了系统热管理能力的同时，减少了热管理系统对冲压空气的依赖。APTMS使得飞机在不同的飞行状况下，既能满足飞机对能源的需求，又可以发挥综合控制的作用，使得系统能源分配最优。这些功能的实现需要依靠能量管理控制策略来完成，控制策略是能量管理和分配的核心，是实现提高系统整体性能的最关键的因素。

从国内外的研究现状来看，对APTMS能量优化管理控制策略的研究仍然只停留在关键技术的介绍，关于综合一体化热/能量管理策略的研究较为欠缺。国外的这方面的相关文献也较少，国外学者Rory A.Roberts,Daniel D.Decker在研究飞机热管理系统中指出，针对需综合处理电和热能量分配的飞机多电系统，其能量管理策略可借鉴混合动力系统的能量策略。综合一体化热/能量管理系统需结合系统自身的特点，寻求合理的控制策略，在满足系统能源需求的同时，实现节能减排。

发明内容：

本发明所要解决的技术问题是针对上述背景技术的不足，提供一种飞机自适应动力与热管理系统的能量管理策略。

本发明采用如下技术方案：一种飞机自适应动力与热管理系统的能量管理策略，飞机自适应动力与热管理系统包括半闭式空气制冷循环单元和组合动力单元，飞机自适应动力与热管理系统对应不同的飞行状态，划分为5种工作模式：(1)发动机起动模式；(2)辅助动力模式；(3)巡航模式；(4)短时作战模式；(5)应急动力模式，具体包括如下步骤：

步骤A，根据飞机自适应动力与热管理系统的系统方案、部件配置、控制功能及构架需求分析，设计飞机自适应动力与热管理系统控制对象，控制量及执行机构，控制对象为满足系统性能的制冷量及电能，控制量为燃油输入量及系统发动机进口引气量，执行机构为对应的控制阀门；

步骤B，分析飞机自适应动力与热管理系统各模式下的工作原理及能量传递方式，建立系统动态仿真平台，设计制冷量及电能动态调节控制器，满足系统电能及制冷量的需求；

步骤C，以起飞总重量法为评价体系，在保证能量需求的前提下，分析影响系统燃油损失的因素，系统固定质量不变，在飞行过程中使燃油量及发动机引气量的调配最优是飞机自适应动力与热管理系统能量优化的方向，通过改变系统发动机进口引气流量和燃油箱流量，实现能量优化；

步骤D，采用瞬时能量优化法对各模式下某一瞬时工况的飞机自适应动力与热管理系统进行能量优化，计算“等效燃油消耗最少”下的系统发动机进口引气流量和燃油箱流量，得出该瞬态下的最优工作点，以动态的再分配各个状态变量；

步骤E，在瞬时优化能量管理策略大量运算样本的基础上，结合BP神经网络实时进行飞机自适应动力与热管理系统的能量管理。

进一步地，步骤D具体包括如下步骤：