基于动态优化数据的航空发动机过渡态控制方法

doi:10.13675/j.cnki.tjjs.190659

推进技术 ›› 2021, Vol. 42 ›› Issue (2): 459-466.DOI: 10.13675/j.cnki.tjjs.190659

基于动态优化数据的航空发动机过渡态控制方法

黄如意，黄金泉，潘慕绚

南京航空航天大学能源与动力学院，江苏省航空动力系统重点实验室，江苏南京 210016

出版日期:2021-02-02 发布日期:2021-08-15
作者简介:黄如意，硕士生，研究领域为航空发动机控制。E-mail：ryhuang@nuaa.edu.cn
基金资助:
国家科技重大专项（2017-V-0004-0054）。

Transient Control Method of Aero-Engine Based on Dynamic Optimization Data

Jiangsu Province Key Laboratory of Aerospace Power System，College of Energy and Power Engineering， Nanjing University of Aeronautics and Astronautics，Nanjing 210016，China

Online:2021-02-02 Published:2021-08-15

摘要/Abstract

摘要： 针对一般稳态燃油前馈PID算法在发动机过渡态过程中控制效果差的问题，提出了一种基于动态优化数据的涡轴发动机瞬态控制方法。采用带约束限制的序列二次规划（SQP）优化算法采集包线范围内各点的过渡态参数变化数据作为样本数据，利用稀疏化的最小二乘支持向量机（LSSVM）对样本数据进行训练、测试，将训练得到的LSSVM模型作为前馈与PI构成闭环控制器共同对涡轴发动机进行过渡态控制。通过对民用涡轴发动机部件级模型的包线内某两点不同功率水平进行仿真，结果表明，过渡态过程中动力涡轮转速超调量与下垂量均小于0.4%，稳态误差为0，动力涡轮转速稳定时间小于2s，各参数均未超限，因此，该控制器能有效提高涡轴发动机过渡态控制效果，实现对参数的限制管理。

关键词: 涡轴发动机;过渡态控制;序列二次规划;最小二乘支持向量机;前馈补偿;比例积分控制器

Abstract: To solve the problem that the general steady-state fuel feedforward PID algorithm has poor control effect during the transition state of the engine， a transient control method for turbo-shaft engine based on dynamic optimization data is proposed. The sequence quadratic programming （SQP） algorithm with constraint restrictions is used to collect the data of transition state parameter variations at each point in the flight envelope as the sample data， and the sample data is trained and tested by the sparse least squares support vector machine （LSSVM）. The trained LSSVM model and PI constitute a closed loop controller to control the turbo shaft engine in transition state. By simulating different power levels of two points in the envelope of a civil turbo-shaft engine component-level model， the results show that the overshoot and sag are less than 0.4% during the transition state， the steady-state error is 0， and the power turbine speed stabilization time is less than 2s， and the parameters do not exceed the limits. Therefore， the controller can effectively improve the transition state control effect of the turbo-shaft engine and realize the limited management of parameters.

Key words: Turbo-shaft engine;Transition control;SQP;LSSVM;Feedforward compensation;PI controller

黄如意，黄金泉，潘慕绚. 基于动态优化数据的航空发动机过渡态控制方法[J]. 推进技术, 2021, 42(2): 459-466.

HUANG Ru-yi, HUANG Jin-quan, PAN Mu-xuan. Transient Control Method of Aero-Engine Based on Dynamic Optimization Data[J]. Journal of Propulsion Technology, 2021, 42(2): 459-466.

参考文献

[1] 黄开明，尹泽勇，黄金泉. 参数限制对涡轴发动机过渡态控制的影响［J］. 航空动力学报， 2006， 21（2）： 432-436.
[2] 汪勇，张海波，杜紫岩，等. 一种变旋翼转速直升机/涡轴发动机非线性模型预测控制方法研究［J］. 推进技术， 2019， 40（10）： 2334-2342.
[3] 陆军，郭迎清，王磊. 航空发动机过渡态最优控制规律设计的新方法［J］. 航空动力学报， 2012， 27（8）： 1914-1920.
[4] 廉筱纯，吴虎. 航空发动机原理［M］. 西安：西北工业大学出版社， 2005.
[5] 杨琴，时瑞军，周剑波. 一种化繁为简的过渡态控制规律设计方法［J］. 航空动力， 2019，（1）： 41-45.
[6] 贾琳渊，陈玉春，赵强. 涡轴发动机闭环过渡态控制规律设计［J］. 航空科学技术， 2012，（1）： 70-73.
[7] Chen Y， Xu S， Cai Y， et al. Virtual Power Extraction Method of Designing Acceleration and Deceleration Control Law of Turbofan［R］. AIAA 2009-5214.
[8] 陈光明，樊丁. SQP方法在航空发动机加速过程控制中的应用研究［J］. 航空动力学报， 1999， 14（3）： 90-93.
[9] 郭腊梅，樊丁，戚学锋. 涡轴发动机最优加速控制研究［J］. 西北工业大学学报， 2004，（2）： 137-139.
[10] 冯林爽. 基于PSO和SQP混合优化算法的高超声速飞行器轨迹优化［C］. 青岛：第27届中国控制与决策会议， 2015.
[11] Li J， Fan D， Sreeram V. SFC Optimization for Aero Engine Based on Hybrid GA-SQP Method［J］. International Journal of Turbo and Jet Engines， 2013， 30（4）： 383-391.
[12] 丁凯锋，樊思齐. 变几何涡扇发动机加速控制规律优化设计［J］. 推进技术， 1999， 20（2）： 17-20.
[13] 时瑞军，樊思齐. 基于遗传算法的涡扇发动机多变量加速寻优控制［J］. 推进技术， 2003， 34（4）： 357-360.
[14] Tagashira T， Sugiyama N. A Performance Optimization Control of Variable Cycle Engines［R］. AIAA 2003-4984.
[15] 胡欢. 基于SQP方法的航空发动机过渡态最优控制研究［D］. 南京：南京航空航天大学， 2015.
[16] 姚文荣，孙健国. 涡轴发动机非线性模型预测控制［J］. 航空学报， 2008， 29（4）： 776-780.
[17] 倪斌斌. 航空动力装置建模与过渡态控制规律研究［D］. 南京：南京航空航天大学， 2013.
[18] 肖玲斐，朱跃. 涡轴发动机组合模型非线性预测控制［J］. 推进技术， 2012， 33（2）： 283-287.
[19] Qin S J， Badgwell T A. A Survey of Industrial Model Predictive Control Technology［J］. Control Engineering Practice， 2003， 11（7）： 733-764.
[20] 缪丽祯. 基于扭振抑制的涡轴发动机控制方法研究［D］. 南京：南京航空航天大学， 2017.
[21] 赵琳，樊丁，陕薇薇. 航空发动机过渡态全局寻优控制方法研究［J］. 航空动力学报， 2007， 22（7）：1200-1203.
[22] 赵永平. 支持向量回归机及其在智能航空发动机参数估计中的应用［D］. 南京：南京航空航天大学， 2009.
[23] 赵冠华. 基于二次Renyi熵的非迭代最小二乘支持向量机预测模型［J］. 计算机应用， 2009， 29（10）： 2751-2754.

基于动态优化数据的航空发动机过渡态控制方法

Transient Control Method of Aero-Engine Based on Dynamic Optimization Data

PDF

可视化

摘要/Abstract

引用本文

使用本文

参考文献

相关文章 0

编辑推荐

Metrics

本文评价