[发明专利]一种发动机动态控制规律优化方法

说明书

本发明公开了一种发动机动态控制规律优化方法，按照控制规律自变量参数将发动机动态控制规律离散为数个子控制规律点。针对除起点和终点以外的每个子控制规律点建立相应的子种群进行优化，并在每步优化结束后选取最优个体作为该子种群的精英个体，冻结此子种群优化进程进行下一子种群优化，如此循环逐点优化直至优化进程满足终止条件。应用本发明的发动机动态控制规律优化方法，可以克服传统动态控制规律设计方法不适用于先进多可调部件的航空发动机动态控制规律设计问题，解决传统方法受人为因素影响大、需要往复迭代过程并且无法得到最优控制规律的问题。

技术领域

本发明涉及航空发动机领域，具体而言，涉及一种发动机动态控制规律优化方法。

背景技术

对于航空发动机而言，针对发动机动态控制规律进行优化对发动机最终性能表现具有重要意义。且随着发动机可调部件增多，其控制规律已经不是传统的单纯燃油或转速随时间或其他自变量的变化规律，而往往是多个可调部件共同进行调节。以发动机加速控制规律优化为例，在发动机加速过程中，不仅需要给定燃油随时间或转速其他自变量的变化规律，还需对喷管最小截面面积、风扇导向器导叶角度、涡轮导向器临界截面面积等参数进行调节，即需要同时给定多个控制参数的变化规律。传统的发动机控制规律设计方法，往往是工程人员从起点至终点逐点进行设计，这种方法无法精细地考虑控制规律各个点之间的影响，比如针对加速态控制规律设计问题，控制规律的起、终点稳态状态点均会对控制规律的设计产生约束。一方面，一般控制规律的设计目标要求发动机从控制规律起点开始尽可能快地提升转子加速功率；而另一方面，终点的存在又使得加速功率需要提前降低以使在终点时不超转。而起点和终点的这种约束在逐点设计的过程中无法同时精确地考虑，在每个子控制规律点上转子加速功率相较于上一点的提升量、以及加速功率何时开始下降，这些问题大多需要工程人员根据自身经验解决，并且往往需要往复设计才能使控制规律满足各类限制，且无法保证设计的控制规律是最优的。而传统的发动机控制规律优化方法，往往仅能针对单点的稳态控制规律进行优化，无法直接应用于动态控制规律设计中。随着目前发动机可控参数的愈发增多，有必要发展新的航空发动机动态控制规律优化方法，以在保证计算收敛性和计算速度的前提下，获得最优发动机动态控制规律。

发明内容

本发明解决的技术问题是：为解决现有技术中发动机动态控制规律设计过程复杂，面向多可调部件发动机控制规律设计问题可行性差，且所得到的控制规律并非最优的问题，本发明涉及一种发动机控制规律优化方法。

本发明的技术方案是：一种发动机控制规律优化方法，包括以下步骤：

步骤一：假设发动机动态过程起稳态点为A，终稳态点为B，优化对象为从A至B动态中的可控参数和可调部件调节量的变化规律，其中若干调节参数和发动机性能参数包括高低压转子转速、尾喷管喉部截面面积、压缩部件进口导叶角度、涡轮部件进口导向器截面面积、燃烧室供油量、涡轮前温度；

步骤二：确定从A到B的设计目标，以及发动机在动态过程部件或整机参数所需要保证的约束条件；设计目标取为从A到B的动态过程所需时间最短、约束参数取压缩部件喘振裕度不高于阈值、高低压转速加速率不高于阈值，燃烧室油气比变化率不高于阈值，三者阈值不同且不等。

步骤三：建立初始控制规律，其中初始控制规律可按照下式设置：

X＝(X_B-X_A)×t/T

其中t为动态控制规律中的自变量时间，T为动态控制规律的总时间，X为步骤一中参数组成的向量，X_B为终稳态点的控制参数向量，X_A为起稳态点的控制参数向量；

步骤四：将步骤三中建立的控制规律按照自变量离散为m个子控制规律点，其中m个子控制规律点不包含A点和B点；

步骤五，针对步骤四中分解得到的m个子控制规律点建立对应的m个大小为n而进化优化子种群；