[发明专利]航空发动机稳态性能保持控制方法及系统

说明书

本发明公开了一种航空发动机稳态性能保持控制方法，利用智能网络性能量指令模型获取航空发动机需要保持的性能量的指令值，并将其与性能量实测值相比较，如两者偏差超过预设范围，则利用性能退化评估模型对发动机性能退化进行估计，并以所得的性能退化估计结果作为性能保持优化控制模型的输入，性能保持优化控制模型的输出为性能量y_m(t)的估计值，以性能量y_m(t)的指令值为性能保持优化控制器的期望输出，利用性能保持优化控制器得到相应的控制变量指令，并据此对航空发动机进行控制。本发明还公开了一种航空发动机稳态性能保持控制系统。相比现有技术，本发明通过对可能引起性能参数不利偏离的退化进行分析并进行相应控制，可实现航空发动机的稳态性能保持。

技术领域

本发明涉及一种航空发动机稳态性能保持控制方法及系统，属于航空发动机控制技术领域。

背景技术

在航空发动机服役过程中，由于自然磨损、积垢、疲劳、腐蚀等各种因素，会使得发动机转动部件叶尖间隙增大、叶片表面粗糙度增加，引起部件增压能力和绝热效率偏离设计点，从而引起发动机输出参数也偏离设计点，如涡轮出口温度升高、耗油率增加，降低了发动机的经济性和安全性。

为了缓解性能退化带来的不利影响，国内外开展了大量的性能退化缓解控制研究工作。针对涡扇发动机由于退化带来的推力下降问题，采取了增加外回路来调整转速控制系统指令，进而恢复额定发动机推力的方法。采用直接推力控制也能使得发动机在发生性能退化的情况，最大限度地输出额定状态推力，但是需要对现有控制方法进行大规模改进，且受到推力估计精度的影响，技术成熟度还不能满足要求。

涡轴发动机的主要功能是为直升机提供所需的功率，相比涡扇发动机在飞行中推力不可测量，涡轴发动机输出功率可以通过可测的转速和扭矩进行计算，因而不存在需要对功率进行估计的问题。由于涡轴发动机和直升机旋翼之间采取机械链接，涡轴发动机采用动力涡轮转速恒定控制的时候，直升机旋翼转速也是恒定的，其维持转速恒定的功率需求可以通过调节燃油流量来实现。为此，针对涡轴发动机退化之后的性能保持控制研究很少。然而，功率不变情况下退化发动机需要更多的燃油流量来提供足够的功率，这就会导致涡轮后温度升高、耗油率增大，直接关系到涡轴发动机的安全性、经济性和使用寿命。

涡轴发动机除了燃油流量之外，还有压气机导叶角度可以调节。通过调整导叶角度，可以调节压气机的工作点，改变其流量和压力特性，进而改变燃烧室和涡轮的进口条件，使得恢复退化发动机的性能成为可能。因此，开展涡轴发动机的性能保持控制，缓解退化带来的发动机性能参数偏离，可以提高发动机安全性和经济性。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术不足，提供一种航空发动机稳态性能保持控制方法，通过对可能引起性能参数不利偏离的退化进行分析并进行相应控制，可实现航空发动机的稳态性能保持。

本发明具体采用以下技术方案解决上述技术问题：

一种航空发动机稳态性能保持控制方法，利用智能网络性能量指令模型获取航空发动机需要保持的性能量y_m(t)的指令值，并将其与性能量y_m(t)的实测值相比较，如两者偏差超过预设范围，则利用性能退化评估模型对发动机性能退化进行估计，并以所得到的性能退化估计结果作为性能保持优化控制模型的输入，性能保持优化控制模型的输出为性能量y_m(t)的估计值，以性能量y_m(t)的指令值为性能保持优化控制器的期望输出，利用性能保持优化控制器得到相应的控制变量指令，并据此对航空发动机进行控制；所述智能网络性能量指令模型、性能退化评估模型、性能保持优化控制模型均为预先完成训练的神经网络模型，其中，所述智能网络性能量指令模型具体如下：

y_m(t)＝f(g(w(t)),w(t))

X＝g(w(t))