[发明专利]一种挖掘航空发动机的加速潜能的控制系统及控制方法

权利要求书

1.一种挖掘航空发动机的加速潜能的控制系统，其特征在于：包括航空发动机、用于控制航空发动机的全权限数字电子控制器以及用于为全权限数字电子控制器提供最优控制策略的机载计算机；航空发动机上安装有转速传感器、温度传感器以及压力传感器，各传感器的输出端分别与全权限数字电子控制器和机载计算机相连；机载计算机的输出端与全权限数字电子控制器相连；全权限数字电子控制器根据最优控制策略通过电磁阀组件控制航空发动机。

2.根据权利要求1所述的挖掘航空发动机的加速潜能的控制系统，其特征在于：所述的机载计算机内设置有处理器模块、优化控制器以及发动机非线性实时数学模型；所述优化控制器与发动机非线性实时数学模型相交互。

3.根据权利要求2所述的挖掘航空发动机的加速潜能的控制系统，其特征在于：所述的优化控制器包括加速寻优控制算法模块、优化控制目标模块、安全约束模块以及物理约束模块；所述加速寻优控制算法模块通过调用发动机非线性实时数学模型，并根据优化控制目标模块、安全约束模块以及物理约束模块为全权限数字电子控制器提供最优控制策略。

4.根据权利要求1所述的挖掘航空发动机的加速潜能的控制系统，其特征在于：所述的电磁阀组件分别通过几何位置调节组件和主燃油控制组件与航空发动机相连。

5.一种采用权利要求1至4任意一项所述的挖掘航空发动机的加速潜能的控制系统的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

1）对航空发动机的主燃烧室燃油流量WFM、航空发动机尾喷口喉部面积A₈、航空发动机风扇进口导流叶片转角α₁、航空发动机高压压气机可调静子叶片转角α₂进行浮点数编码，随机生成一个由若干个个体组成的群体，所述的个体由分别进行编码后的WFM、A₈、α₁和α₂组成；

2）优化控制器调用发动机非线性实时数学模型计算步骤1）中得到的每个个体适应度，并按照适应度大小由高到低的顺序排列步骤1）中得到的个体，按照排列顺序，由高至低选出排名在前5%～40%的个体，同时由低至高选出排名在后5%～40%的个体；

将选出的排名在前5%～40%的个体直接保留到下一代，同时直接将排名在后5%～40%的个体从群体中移除；

从排名在前5%～40%的个体中随机选择“双亲”，然后进行交叉操作，生成新的个体，用生成的新的个体，取代被移除的个体；

3）设有一个个体为：X＝[x₁,x₂,x₃,x₄]^T，x₁,x₂,x₃,x₄分别表示组成该个体的发动机参数WFM、A₈、α₁和α₂，若其在x_k（k=1、2、3或4）点发生变异，x_k的取值范围为[x_kmin,x_kmax]，其中，x_kmin和x_kmax分别为在现有物理装置的条件下x_k能取到的最小值和最大值，则个体中的x_k被x′_k取代，根据所设计非均匀变异操作方法，在发生变异后，

xk′=xk+γ(xkmax-xkmin)α,ifr=0xk-γ(xkmax-xkmin)α,ifr=1]]>

式中，r为计算机随机产生一个数值，该值为0或1；γ为在[0,1]范围内服从均匀概率分布的一个随机数，γ(x_kmax-x_kmin)α为施加在x_k上的一个噪声信号，其均值为0；α是这个噪声信号的标准偏差系数，当x′_k小于x_kmin或者大于x_kmax时，令其值分别为x_kmin和x_kmax；x_k的噪声标准偏差是Sd，则：

Sd＝α(x_kmax-x_kmin)；

4）经过步骤2）和步骤3）的操作之后，形成下一代种群，下一代种群再进行步骤2）和步骤3）的操作，再形成新一代种群，反复进行，直到进化代数G≥G_t之后，遗传算法停止，得到适应度最高的个体，其中，G为当前进化代数，G_t为最大进化代数，3≤G_t≤100；

5）将步骤4）得到的适应度最高的个体输入至标准SQP算法中，并将其作为SQP算法的初始点求取最终的最优控制参数，然后将最优控制参数输入至航空发动机的全权限数字电子控制器中，全权限数字电子控制器根据最优控制参数控制航空发动机。