[发明专利]气路部件故障下基于IGA的发动机最大推力控制优化方法

说明书

本发明提出一种气路部件故障下基于IGA的发动机最大推力控制优化方法，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大推力性能寻优，输出最优控制变量给航空发动机。并且最大推力性能寻优所用的发动机模型为考虑了发动机气路部件故障的非线性机载发动机模型。本发明能够在发动机机气路部件故障的情况下依旧对真实发动机进行优良控制，可以在发动机气路部件故障的情况下，最大限度提升发动机推力，提高飞机的机动性和安全性。

技术领域

本发明涉及航空发动机控制技术领域，尤其涉及一种气路部件故障下基于IGA的发动机最大推力控制优化方法。

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。发动机的最大推力控制模式的目的是在保证发动机安全工作的前提下，尽可能提高发动机的推力，提高飞机的机动性和安全性。

国内外在发动机最大推力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。

并且，现代战机对航空发动机性能的要求不断提高，其结构也越来越复杂，并且由于发动机工作环境的恶劣多变，发动机故障约占飞机总故障的1/3。其中，气路部件故障占发动机总体故障的90％以上，其维护费用占发动机总体维护费用的60％。为了保证发动机安全工作并使故障发动机提供足够的性能来保证飞机安全飞行或具有高的机动性，必须对故障的发动机性能进行恢复，并且对发动机进行容错控制，保证控制系统正常稳定工作且具有良好的性能。因此，研究发动机气路部件故障容错控制方法具有重要意义。

传统的气路部件故障容错控制方法在航空发动机出现气路部件故障时通过修正控制规律，使得发动机的推力与油门杆始终匹配，有效的保证了发动机的推力。然而，这些设计方法并没有解决当前控制器和发动机模型不匹配从而导致控制系统性能下降甚至不稳定的问题。当发动机发生气路部件故障时，发动机在同一工作点的线性化模型也会发生较大变化。因此，根据正常状态的发动机模型设计的控制器一般无法保证气路部件故障时发动机的性能，甚至无法保证控制系统的闭环稳定。

综上，研究气路部件故障状态下发动机的最大推力寻优控制具有重要意义。

发明内容

为解决现有技术存在的问题，本发明提出一种气路部件故障下基于IGA的发动机最大推力控制优化方法，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大推力寻优控制模式中，能够在发动机机气路部件故障的情况下，在保证发动机安全工作的前提下，尽可能提高发动机的推力，提高飞机的机动性和灵活性。