[发明专利]一种涡轴发动机动态实时模型建模方法及系统

说明书

技术领域

本发明属于航空发动机建模与仿真领域，具体涉及一种涡轴发动机动态实时模型建模方法及系统。

背景技术

控制用传感器发生故障将直接导致闭环控制系统反馈信息不可用，使得涡轴发动机不能稳定工作，因此，涡轴发动机数控系统的传感器能否稳定可靠工作，对于保证涡轴发动机FADEC系统正常工作至关重要。传感器解析余度技术是一种典型的基于模型的传感器故障诊断方法，涡轴发动机动态实时模型是该方法的重要组成部分，同时该模型的精度决定了传感器故障诊断性能，因此，建立某型涡轴发动机动态实时模型对传感器故障诊断和容错控制具有重要的理论意义和工程实用价值。

国内外用于发动机控制系统半物理试验的动态实时模型大都采用部件级建模的方法，但是当缺乏发动机部件级建模用的部件特性数据时，只能根据试验数据建模，同时部件级模型由于计算耗时长、占用资源多的特点，使得其应用范围受到限制，不能满足机载需求。因此，需要研究根据试验数据直接建立机载动态实时模型的方法。目前发动机动态实时模型建模方法主要集中在依赖部件特性数据的部件级建模方法上，有限的动态系数方法研究没有考虑加、减速的系数差异，以及没有在更为复杂的涡轴发动机上应用，更没有具有动态实时模型自动生成的通用软件开发的相关报道。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对背景技术的缺陷，提供一种涡轴发动机动态实时模型建模方法及系统，用于解决缺乏部件特性数据、只提供试验数据时传统的涡轴发动机动态实时模型机载实时模型建模问题，该方法和系统满足机载实时性要求，能为传感器解析余度技术提供模型保证。

本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：

一种涡轴发动机动态实时模型建模方法，包括以下步骤：

步骤A)，建立涡轴发动机稳态实时模型；

步骤B)，采用剩余燃油流量动态加减速系数法建立涡轴发动机动态实时模型。

作为本发明一种涡轴发动机动态实时模型建模方法进一步的优化方案，步骤A)的具体步骤如下：

步骤A1)，根据涡轴发动机工作条件，将试车数据进行相似归一化的换算；

步骤A2)，对换算后的数据进行野点剔除及平滑滤波处理；

步骤A3)，根据试车数据中稳态过程的数据，对工作状态相近的稳态数据进行聚类合并，以此构造稳态工作点；

步骤A4)，根据稳态工作点，采用多项式拟合法获得稳态关系曲线，利用稳态关系曲线插值获得稳态基点，并以此构造稳态基点插值表；

步骤A5)，根据构造的稳态基点插值表，采用线性插值法建立包含起动机在内的涡轴发动机的稳态实时模型。

作为本发明一种涡轴发动机动态实时模型建模方法进一步的优化方案，步骤A4)中利用稳态关系曲线插值获得稳态基点的详细步骤如下：

将燃气涡轮转子转速换算值与预先设定的转子转速换算阈值进行比较，如果燃气涡轮转子转速换算值大于等于预先设定的转子转速换算阈值，将稳态关系曲线以2%的间隔进行插值获得稳态基点；果燃气涡轮转子转速换算值小于预先设定的转子转速换算阈值，将稳态关系曲线以3%-5%的间隔进行插值获得稳态基点。

作为本发明一种涡轴发动机动态实时模型建模方法进一步的优化方案，步骤B)的具体步骤如下：

步骤B1)，根据试车数据中动态过程的数据，利用剩余燃油量动态系数法的定义，分别计算出不同燃气涡轮转子转速换算值下的燃气涡轮转速动态系数、燃气涡轮出口温度动态系数、压气机出口压力动态系数和动力涡轮输出功率动态系数，以获得动态系数插值表；

步骤B2)，建立慢车以上状态燃气发生器动态实时模型，该模型的输入参数为燃油流量、进口总压、进口总温，输出参数为燃气涡轮转速、压气机出口压力、燃气涡轮出口温度，采用剩余燃油流量动态系数法计算出模型输出参数；

步骤B3)，建立慢车以上状态动力涡轮及负载动态实时模型，该模型输入参数为燃气涡轮转速、燃油流量、进口总压、进口总温、负载杆角度，模型输出参数为动力涡轮转速、动力涡轮输出功率，分别利用剩余燃油流量动态系数法和动力涡轮转子功率平衡求解模型输出参数；

步骤B4)，建立涡轴发动机起动阶段模型，该模型包括起动机单独带转阶段的模型、起动机与燃气涡轮共同带转阶段的模型、以及燃气涡轮单独带转阶段的模型；

步骤B5)，建立涡轴发动机动态实时模型，该模型包含步骤A1)建立的稳态实时模型、步骤B2)建立的慢车以上燃气发生器动态实时模型、，步骤B3)建立的动力涡轮及负载动态实时模型、以及步骤B4)建立的起动阶段数学模型，根据各个模型的输入参数解算各个模型的输出参数。