基于状态感知的航空发动机变基线模型建模方法研究

机载模型是先进航空发动机控制方法的基础,基线模型作为机载模型的重要组成部分,其建模准确度决定了机载模型的精度。针对传统单一基线模型在局部飞行包线精度高,而难以用于发动机全包线、全状态稳态性能预测的问题,提出了一种基于状态感知的发动机变基线模型建模方法。首先在小波变换滤波的基础上,提出基于状态感知的最优稳态数据筛选阈值计算方法,以减少稳态数据的错选或遗漏;其次,提出基于高斯混合模型(GMM)的变基线模型建模方法,利用GMM实现飞行数据自主聚类,并结合回归分析法,构建全包线、全状态的高精度变基线模型。仿真结果表明:本文提出的稳态数据筛选方法能有效避免数据错选或遗漏,相比于常规的单一基线模型,所提出的变基线模型可使高、低压转子转速的相对均值误差分别减小45%,30%以上。该方法能显著提升基线模型精度,同时实现了稳态数据自动化提取,避免了过多依赖人工经验且难以获得最优阈值的问题。

变截面波形钢腹板连续梁的抗弯性能试验研究

为研究变截面波形钢腹板连续组合箱梁的抗弯性能,本文使用液压伺服系统通过逐级加载的方式,对一片三跨波形钢腹板连续模型梁进行了静力试验,研究了在对称荷载与偏心荷载作用下波形钢腹板连续箱梁的破坏模态和变形、不同截面上应变分布、体外预应力束增量以及极限承载力等,从而明确波形钢腹板连续组合箱梁的破坏失效过程。研究结果表明:在弹性范围内,边跨与中跨的混凝土顶底板纵向应变呈线性变化,符合箱梁理论中提出的“拟平截面”假定;中跨偏载作用下,边跨处的偏载效应大于中跨,这不仅与边跨跨径较短有关,同时与横隔板数量和位置有关。试验梁的开裂荷载为破坏荷载的30%,中跨与边跨挠度变化速率均在底板混凝土开裂后变大,边跨跨中混凝土顶底板应变在中支座开裂后应变发生突变,增长速率变大,并一直持续至加载结束;最终破坏时刻,在中跨加载点位置混凝土顶底板出现斜向裂缝并发生断裂,钢腹板发生屈曲破坏;体外预应力筋在破坏阶段承载了较高的应力,对模型梁的抗弯性能贡献较大。试验研究成果可为波形钢腹板连续组合箱梁的工程应用提供一定参考。

一种建立航空发动机状态变量模型的新方法

本文提出了一种用于建立航空发动机状态变量模型的新方法—拟合法：即用发动机部件级模型在稳态工作点处的非线性动态响应数据拟合该点处的小偏离状态变量模型。并应用这种方法建立了某型涡扇发动机在高空稳态工作点处的小偏离状态变量模型，以及地面加速过程的大偏离状态变量模型。通过动态仿真研究，可以看出：与偏导数法比较，拟合法明显提高了建摸精度。

基于改进粒子群算法的航空发动机状态变量建模

为了克服现有航空发动机状态变量建模过程中的不足,采用了一种改进粒子群算法建立航空发动机状态变量模型。首先改进了粒子群算法,提出一种每个粒子根据自身适应值动态调整其惯性系数方法来平衡搜索性能;对群体最优位置进行实时的代内更新以提高搜索速度;为避免陷入局部最优,在最优个体附近进行随机搜索。其次利用该算法建立航空发动机状态变量模型,根据航空发动机在稳态点处的线性化模型应与在该同一稳态工作点处的非线性模型响应一致的原则构造适应值函数,仿真结果表明所建立的状态变量模型不论是稳态过程还是动态过程都与非线性模型响应基本一致,建模精度较高,建立过程简便。

基于遗传算法的航空发动机状态变量模型建立方法

提出了一种采用遗传算法建立用于航空发动机控制系统设计的小偏差状态变量模型的方法,即根据发动机稳态工作点处的线性化数学模型的动态响应应该与该稳态工作点处的非线性数学模型动态响应一致的原则来构造遗传算法的适应度函数,通过优化算法,得出系统的状态变量模型。该方法不受系统模态及模型阶次的限制。应用该方法建立某型涡扇发动机的小偏差状态变量模型,具有较高的建模精度,根据该状态变量模型设计鲁棒控制器取得了良好的控制效果,从而验证了该方法的有效性。

一种考虑非线性余项的机载发动机自适应模型建立及其在寻优控制中的应用

为了解决传统的机载发动机分段稳态线化模型精度不足的问题,在发动机稳态线化模型中引入了模型各输出参数泰勒展开中的非线性余项,建立了考虑非线性余项的机载发动机稳态模型。为了估计真实发动机部件蜕化情况,建立了基于Kalman滤波的发动机部件性能蜕化估计模块。以考虑非线性余项的发动机稳态模型为核心,结合性能蜕化估计模块构建了机载发动机自适应模型。针对所建立的机载发动机自适应模型,进行了单部件及多部件蜕化参数估计以及最小油耗性能寻优控制模式的仿真。仿真结果表明,考虑非线性余项的机载发动机自适应模型误差在1%以内,且具有优化耗时少,建立模型样本数据需求量小的特点。

航空发动机多变量模糊滑模变结构模型跟踪控制

针对现代航空发动机是一个具有不确定性的强非线性系统,结合滑模变结构控制和模糊逻辑系统的优点,提出了一种模糊滑模变结构模型跟踪控制方法。采用比例积分型切换超平面设计滑模变结构控制系统,使用模糊逻辑系统自适应调节切换增益,得到某涡扇发动机的模糊滑模变结构模型跟踪控制器。数字仿真结果表明,所设计的控制器不但能使被控对象较好地跟踪参考模型,消除抖振现象,而且对系统的不确定性具有不变性,保证了被控系统在整个控制阶段都具有较强的鲁棒性。

航空发动机状态变量模型的QPSO寻优混合求解法

针对航空发动机控制和故障诊断中的状态变量模型求解存在的系数矩阵精度不高的问题,结合阶跃响应法和拟合法的基础上,提出了一种基于量子粒子群寻优(QPSO)求取发动机状态变量模型的混合求解法。QPSO优化算法求解A,C矩阵使得状态变量模型和非线性模型在动态过程具有较好的吻合,阶跃响应法求取B,D矩阵保证了模型稳态响应一致。利用混合求解法建立了某型涡轴发动机在某一稳态工作点下的小偏离状态变量模型。仿真结果表明,这种方法不仅增强了状态变量模型的求解精度,相对于单纯的拟合法缩短了求解时间,精确的状态变量模型为进一步的故障诊断和控制系统设计提供了条件。

高速公路可变收费货车出行者出行时间选择模型研究

以效用理论为基础,通过意向调查研究了高速公路货车出行者出行选择模型。针对许多高速公路在高峰时段交通量较大,而其他时段交通量较小的现状,在不同时段采用不同的收费标准,分析可变收费实施后不同属性货车出行者出行选择行为,确定影响出行者出行时间选择的模型变量,得到货车出行者在各水平收费标准时的出行时间选择模型。以京沪高速为实例,设计调查问卷,进行意向调查,通过对调查结果进行分析,选择货车所载货物类型、车货重量作为属性变量,建立了该高速公路货车出行者在两种不同方案下的出行时间选择模型并进行了标定。利用模型标定结果可对可变收费方案进行评价,从而优化可变收费方案,提高高速公路的运行效率。

变权模糊综合法在矿山地质环境评价中的应用——以潞安矿区为例

为解决传统用于矿山地质环境质量评价的常权模型不能有效反映各指标内部差异性及地质环境本身复杂性和模糊性的问题,引入变权模糊综合模型对矿山地质环境质量进行评价。根据矿山地质环境问题及特点,构建了矿山地质环境质量评价指标体系,采用分段强惩罚-激励型变权模型对其进行评价。以潞安矿区5个典型生产矿井为例,运用变权模糊综合法对其进行了地质环境质量评价,并与传统常权模糊评价法的结果相比较。结果表明:变权模糊综合模型利用模糊数学的思想定量地划分矿山地质环境的评价等级,一定程度上减少了评价者主观思想的影响;利用变权理论确定每个矿井评价指标的最终权重,能更加合理地反映每个评价矿井的真实情况,使评价结果更具有离散性,容易划分评价等级,从而提高了矿山地质环境评价的精度和实用价值。

液体火箭发动机燃烧室的一种分区模型

发展了燃烧室的分区模型 :将燃烧室分为两个区 ,一个是燃烧区 ,采用时滞燃烧瞬时均匀混合模型 ,另一个是流动区 ,连同喷管一起 ,采用一维理想气体流动的有限元状态变量模型。给出了一个利用该模型计算发动机起动过程的一个算例 ,计算结果表明该模型可较好地描述液体火箭发动机燃烧室的建压及非稳态流动过程。模型采用状态方程形式 ,具有形式简单、计算简便的特点 。

航空发动机大偏差状态变量模型建立方法

提出一种基于各参数物理意义的状态变量模型建立方法,研究了模型参数在包线内的变化情况。建模过程中,首先建立航空发动机的小偏差状态变量模型,再采用线性插值的方法构造航空发动机的大偏差状态变量模型。采用本方法建立的小偏差数学模型完全能保证模型的稳态精度,并取得了较高的动态建模精度,其计算工作量比原拟合法更小、运算速度更快。同时模型各参数物理意义明确,在包线内的变化较有规律,在构造大偏差模型时获得了较高的模型精度。

航空发动机故障诊断的机载自适应模型

提出了复合拟合法建立状态变量模型,该方法应用于建立高维状态变量模型时,具有较高的精度.将健康参数作为增广的状态变量,设计了卡尔曼滤波器,从而可以根据可测参数的偏离量估计得到健康参数.为了减少自适应模型与真实发动机之间的建模误差,在自适应模型中加入神经网络对稳态基点模型进行修正,从而提高了故障诊断系统的置信度.

系统实时性能可靠性评估的贝叶斯方法

多数产品或系统的失效可归结为其潜在的退化过程,且系统退化通常为隐含的过程而无法直接观测或测量。针对隐含的退化过程不可直接观测的特点,本文提出一种基于状态空间模型的产品退化建模方法,以系统运行期间采集的性能数据为基础,结合贝叶斯估计理论,实现了对系统隐含退化状态的在线估计与预测,以及对系统性能可靠性的实时评估。以民航发动机为对象,通过对实际收集的性能数据的分析表明,本文所提方法能够较好地用于系统性能可靠性的实时评估。

应用键图建立汽车气压制动驱动系统数学模型

介绍了汽车制动驱动系统的键图建模过程,论述了键图法在汽车制动驱动系统动态仿真中的应用。建立了汽车气压制动驱动系统中阀类元件和管路等键图模型库,为制动驱动系统的动态仿真及控制研究提供了理论基础。

中型农业生态工程的数学模型

文章以北京大兴县留民营村为例 ,建立了中型 (村庄级 )农业生态工程的数学模型 ,该模型为分室模型 ,由 8个分室组成 ,文中给出了各个分室的状态变量及控制变量 ,建立了各分室的数学模型 ,并应用该数学模型指导了留民营的实际生产建设 。

基于卡尔曼滤波器的涡轴发动机气路部件性能估计

以某型涡轴发动机为研究对象,提出了基于卡尔曼滤波器的方法进行发动机气路部件性能诊断。结合发动机实际运行情况,讨论了参数的合理选择以及非线性模型线性化程度对卡尔曼滤波结果的影响,考虑到非线性模型与真实发动机之间存在的建模误差会导致卡尔曼滤波器诊断失效,本文采用加入神经网络模块来补偿建模误差的方法,使模型能够真实反映发动机工作状况。实验表明,此方法可以提高故障诊断系统的置信度。

机载实时模型稳态基准值的修正方法研究

发动机机载实时模型稳态基准值反映了当前发动机的工况,决定着实时模型的稳态精度。提出一种利用传感器测量数据修正机载实时模型稳态基准值的方法,具体采用多项式线性拟合技术、利用传感器近期测量数据修正机载实时模型的基准值,以适应发动机稳态特性的改变、提高模型稳态精度。针对某民用大涵道比涡扇发动机构建的在线故障诊断仿真系统研究表明,在发动机发生性能退化的情况下,修正后的机载实时模型的稳态误差降低近1.8%。

1种航空发动机增广模型的建立方法

精确完整的发动机线性模型对于现代航空发动机控制系统的设计与故障诊断至关重要。提出了1种用差分进化算法提取包含发动机主要特征量及其执行机构状态变量的增广发动机状态变量模型的方法,其状态变量包括发动机转速、执行机构位移、速度、控制压力等特征,并包含了执行机构的输入饱和限制,与实际系统相一致。仿真结果表明:利用该方法建立的增广发动机状态变量模型与非线性模型动态响应过程吻合良好且稳定终值一致,可用于具有工程应用价值的控制器设计及包含执行机构的发动机故障诊断。

基于Kalman滤波的航空发动机模型研究

建立了发动机的状态变量模型,设计了Kalman滤波器,用带有噪声和偏离量的动态响应进行验证,结果表明Kalman滤波器能够快速获得可测参数偏离量,并且不同噪音水平下,滤波输出具有良好的一致性,可以完成对可测参数的修正,提高发动机模型的精度。