[发明专利]一种大涵道比涡扇发动机冗余控制方法及装置

权利要求书

1.一种大涵道比涡扇发动机冗余控制方法，其特征在于，通过并行的主控制回路和冗余控制回路对发动机进行控制，包括以下步骤：

确定发动机的控制变量，控制变量包括主控变量和冗余控制变量；其中，冗余控制变量为VAFN面积；

根据主控变量设计主控制回路；

根据冗余控制变量设计冗余控制回路，并对冗余控制回路设置激活逻辑；其中，激活逻辑用于控制冗余控制回路的启闭，当发动机处于稳态工作时，冗余控制回路关闭，否则开启；

利用主控制回路和冗余控制回路根据制定的调度表输出控制指令控制发动机工作；

所述根据冗余控制变量设计冗余控制回路，并对冗余控制回路设置激活逻辑，包括：

确定发动机的控制场景，并根据控制场景确定冗余控制回路的激活和关闭条件，得到冗余控制回路的激活逻辑；

确定发动机的控制目标，并根据冗余控制变量与控制目标之间的关系，求解得到调度逻辑；

根据激活逻辑和调度逻辑设计冗余控制回路；

所述确定发动机的控制目标，并根据冗余控制变量与控制目标之间的关系，求解得到调度逻辑，包括：

确定以发动机风扇的稳态效率最优作为发动机的控制目标；

制定VAFN面积控制计划公式，如下式所示：

其中，h函数表示与风扇换算转速N_f,cor、飞行马赫数MN及VAFN面积有关的风扇效率，Ω指使模型求解收敛的VAFN面积集合；

求解VAFN面积控制计划公式，求解过程如下：

其中，式中u_A指冗余控制回路的输出，A_opt.表示最优值；上式表示冗余控制回路的输出是风扇效率在稳态下达到最优时的VAFN面积，且在集合Ω内，有且仅有当VAFN面积为最优时风扇效率最高；

在发动机风扇特性图内的多个稳态点运行所述发动机的气动热力模型并迭代求解，得出相应的风扇效率值；

调节VAFN面积值，使发动机风扇在每个稳态点达到最高效率，得到VAFN在各个飞行条件下的调度逻辑，即调度表。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据主控变量设计主控制回路，包括：

选取燃油流量作为主控变量；

采用带有限制保护模块的PI控制器作为主控制回路，其中PI控制器的输出如下式所示：

其中r_i和y_i分别表示参考输出和实际输出，K_P和K_I分别表示比例增益和积分增益，K_P和K_I二者根据风扇转速、飞行高度及飞行马赫数进行调度，如下式所示：

K_P＝K_P(N,H,MN)；K_I＝K_I(N,H,MN)；

其中N为风扇转速，H为飞行高度，MN为飞行马赫数。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述激活逻辑，包括：

采用函数g为激活函数，函数g取值为1时启动冗余控制回路，函数g取值为0时关闭冗余控制回路，函数g的取值如下式所示：

其中，式中下标set表示预先设定的大于零的常数，表示[t-T_set,t]的时间范围内的均值，称为加速度前向均值，且上式中加速度和加速度前向均值均为绝对值；

当前时刻小于预设阈值α_1,set且加速度前向均值也小于预设阈值α_2,set时，使冗余控制回路在稳态情况下保持关闭；

当前时刻大于预设阈值α_1,set但加速度前向均值小于预设阈值α_2,set时，使冗余控制回路在稳态情况下保持关闭；

当前时刻大于等于预设阈值α_1,set且加速度前向均值也大于等于预设阈值α_2,set时，使冗余控制回路启动；

当前时刻小于等于预设阈值α_1,set但加速度前向均值大于等于预设阈值α_2,set时，使冗余控制回路启动，确保冗余控制回路继续保持一定时间的激活状态，保证VAFN作动机构完成VAFN面积的调节。