[发明专利]基于改进遗传算法的航空发动机最低油耗控制优化方法

说明书

本发明提出一种基于改进遗传算法的航空发动机最低油耗控制优化方法，根据航空发动机的特点，对遗传算法进行了改进，主要对遗传算法的初始种群的构造、适应度函数、交叉算子和变异算子等方面进行了改进，改进后的遗传算法可以发挥遗传算法的优势，并避开其不足，加快收敛速度、提高搜寻结果的质量。将改进遗传算法用于最低油耗控制寻优，输出最优控制变量给航空发动机。本发明可以在保证发动机安全工作的前提下，实现发动机推力保持不变并降低耗油率，提高飞机的飞行距离。

技术领域

本发明涉及航空发动机控制技术领域，尤其涉及一种基于改进遗传算法的航空发动机最低油耗控制优化方法。

背景技术

航空发动机是飞机的心脏，是衡量一个国家航空事业发展水平的重要指标之一，因此对强化动力系统的研究对提升国家航空技术整体水平具有重要意义。由于航空发动机的工作过程复杂多变，且具有强非线性、多控制变量、时变、复杂的结构特点，因此，对发动机控制问题的研究比一般控制系统更为困难。

目前航空发动机控制的特点向精细化、模块化、综合化发展，现在的发动机控制已经不是控制模块基础上的简单综合，而是更加强调控制系统结构与功能的优化与提升。提高发动机性能的一个主要途径是发动机性能寻优控制。发动机性能寻优控制是指为了使发动机的性能指标达到最优，更进一步挖掘发动机的性能潜力，在发动机安全工作的前提下，在控制硬件可承受的范围内，对现有或新型发动机的性能进行优化。因此，提升我国航空发动机整体性能水平以及掌握世界先进航空发动机控制技术的关键在于研究先进的发动机性能寻优控制模式和控制方法。

同时，制空权在现代战争中扮演着至关重要的角色，掌握制空权就把握住了战争胜负的关键。随着科技的高速发展，现代空战对战斗机提出了更高的要求，这些要求主要体现在飞行包线的更加宽广、作战半径的扩大、机动性及灵活性的提高、推重比的增加、油耗的降低、短距离的起动、可靠性和可操作性的提升等方面。发动机的最低油耗控制模式的目的是在保证发动机安全工作的前提下，保证发动机推力不变，降低发动机的耗油率，提高飞机的作战半径。

国内外在发动机最低油耗寻优控制的研究虽然取得了一定成果，但也存在许多尚未解决的技术难题或待改进之处。难点在于寻找既有较强的全局收敛能力，又能较快收敛的优化算法。比如，遗传算法具有计算量大，耗时长，易早熟等缺点，不适宜应用于复杂的航空发动机性能寻优中。

发明内容

为解决现有技术存在的问题，本发明提出一种基于改进遗传算法的航空发动机最低油耗控制优化方法，对遗传算法进行改进，并将改进的遗传算法应用于发动机最低油耗寻优控制模式中，在保证发动机安全工作的前提下，保证发动机推力不变，降低发动机的耗油率，提高飞机的飞行距离。

本发明的技术方案为：

首先建立航空发动机的非线性数学模型，然后以改进遗传算法来进行发动机最低油耗寻优控制，以实现某型航空涡扇发动机在保持推力不变的情况下耗油率最低。

所述一种基于改进遗传算法的航空发动机最低油耗控制优化方法，其特征在于：第一步建立航空发动机的非线性数学模型；第二步确定最低油耗控制模式的目标函数和约束函数；第三步以改进遗传算法优化计算；第四步输出最优控制变量给航空发动机。

所述一种基于改进遗传算法的航空发动机最低油耗控制优化方法，其特征在于：所述改进遗传算法是对基本遗传算法进行了改进，主要对遗传算法的初始种群的构造、适应度函数、交叉算子和变异算子等方面进行了改进。

所述航空发动机的非线性数学模型为

y＝f(x)

其中为控制输入向量，包括调节主燃油流量W_f、尾喷管面积A₉、风扇导叶角度dvgl和压气机导叶角度dvgh，为输出向量，包括燃油消耗率sfc和发动机推力F，f(·)为产生系统输出的非线性向量函数。