APPLICATION OF HYBRID AERO-ENGINE MODEL FOR INTEGRATED FLIGHT/PROPULSION OPTIMAL CONTROL

The real-time capability of integrated flight/propulsion optimal control （IFPOC） is studied. An appli- cation is proposed for IFPOC by combining the onboard hybrid aero-engine model with sequential quadratic pro- gramming （SQP）. Firstly, a steady-state hybrid aero-engine model is designed in the whole flight envelope with a dramatic enhancement of real-time capability. Secondly, the aero-engine performance seeking control including the maximum thrust mode and the minimum fuel-consumption mode is performed by SQP. Finally, digital simu- lations for cruise and accelerating flight are carried out. Results show that the proposed method improves real- time capability considerably with satisfactory effectiveness of optimization.

基于樽海鞘群极限学习机的进/发一体化性能寻优控制模型研究

为充分发挥航空推进系统的性能,提高性能寻优控制的实时性,将樽海鞘群算法(SSA)与极限学习机(ELM)相结合,基于进/发一体化部件级模型建立数据集,提出一种基于SSA-ELM的数据驱动模型。将该建模方法与广义回归神经网络(GRNN)、BP神经网络(BPNN)和极限学习机(ELM)比较,结果表明,相比于BPNN,ELM,GRNN,SSA-ELM用于预测可以使安装推力的均方根误差(RMSE)分别降低7.41%,17.01%,72.57%,安装油耗的RMSE分别降低4.32%,19.41%,66.77%,具有更高的预测精度。将基于SSA-ELM的数据驱动模型作为机载模型应用到性能寻优控制,结果表明,该机载模型能够维持理想的寻优效果。针对最大安装推力模式开展实时性分析,该机载模型相比于进/发一体化部件级模型,平均计算时间由184.05 ms缩短至1.357 ms,实时性得到显著改善,大大提高了寻优效率。

航空发动机性能寻优控制混合优化算法

根据性能寻优控制(Perform ance Seek ing Con trol)优化模式的特点,针对某型涡扇发动机,研究了把发动机性能优化问题描述为线性规划问题。同时针对线性规划方法可能会收敛于局部极小值和非线性方法计算量大的问题,提出了基于LP(L inear P rogramm ing)和MAPS(M odel-A ssisted Pattern Search)混合优化方法,并研究了LP和MAPS混合优化方法在航空发动机性能寻优控制中的应用,同时在最大推力控制模式和最小油耗控制模式下进行了仿真。大量仿真结果表明,采用混合优化方法可进一步提高发动机的性能,并且大大减少了计算量。

推进系统综合性能寻优控制研究

研究了包括进气道和发动机在内的推进系统综合控制。采用了序列线性规划方法进行系统寻优,利用推进系统矩阵进行多次线性规划来求解非线性优化问题。利用当前的实际机载计算机完成了硬件在回路仿真试验,仿真表明研究的性能寻优控制方法能够较大幅度的提高推进系统整体性能,控制软件完全满足实时计算要求。

基于复合模型及FSQP算法的发动机性能寻优控制试验

提出了一种在保证优化效果前提下提高发动机在线性能寻优实时性的方法,即一方面基于相似理论建立了适用于非加力状态的发动机复合稳态模型,在优化过程中替代原部件级模型以缩短优化计算时间,另一方面采用先进的可行性序列二次规划算法寻求全局最优解,以提高优化精度。最终实现了上述方案在最小油耗模式及最大推力模式下的数字仿真及半物理模拟验证,相比于传统的基于发动机部件级模型进行性能寻优控制,其优化精度相当,但优化实时性得到大幅度提高,从仿真结果可以看出上述方案的有效性及可行性。

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。

跨临界CO_2热泵系统最优排气压力的极值搜索控制

ESC控制策略可以自动搜索性能指标最佳时系统所对应未知的或缓慢变化的系统输入,实际为一种基于梯度信号调制解调的动态搜索方法。本文针对空气源跨临界CO_2热泵热水器系统,选取压缩机排气压力设定值作为ESC控制器的输入,采用COP作为系统性能的输出指标,即极值搜索控制的反馈信号。通过搭建空气源跨临界CO_2热泵热水器的动态模型仿真平台,针对恒定工况,变环境温度条件和实时温度条件分别进行了模拟仿真。仿真结果表明,ESC可以搜索恒定或者系统边界变化时最佳的系统输入值,ESC控制的最优排气压力稳态误差在1.0%以内,与基于模型的控制结果相比,最优排气压力的控制偏差也在5%以内,验证了ESC控制策略的可行性和准确性。

基于广义既约梯度法的航空发动机性能寻优控制

提出了一种基于航空发动机约束物理意义的寻优方法,并将其应用于性能寻优控制之中。该方法根据航空发动机约束的物理特性完全已知的特点,利用起作用集法和既约梯度法将发动机非线性约束寻优问题转化为低维的无约束寻优问题,提高了计算速度。应用该方法对全包线内的工作点,对最大推力、最低油耗、最低涡轮进口温度和加力最大推力等模式进行了寻优,给出了寻优结果。

SQP方法在航空发动机加速寻优控制中的应用

介绍了利用线性加权和法构造评价函数和序列二次规划法(SQP)解多目标最优化问题的算法,解决了某型发动机的加速过程性能寻优控制问题。仿真计算表明通过性能寻优控制可以使发动机具有良好的加速性。应用序列二次规划法进行加速寻优控制,具有良好的沿约束边界搜索的能力,可以充分发掘发动机的性能潜力。序列二次规划法适合用于发动机的加速性能寻优控制。

极值搜索控制系统结构应用分析

对极值搜索控制(Extremum Seeking Control,ESC)的主要思想进行了阐述,并对极值搜索控制的发展历史及分类进行了总结.ESC是基于极值搜索优化算法的思想而产生的控制方法,这是一种能够在某些信息未知的情况下根据输出、能耗等要求而获得满意控制效果的自适应控制.ESC在提高系统整体性能的同时可以大幅度节省能耗和原材料,并具有对系统内部信息要求不多的特点,因此具有很好的应用前景.目前,针对ESC的研究主要分为:基于梯度的ESC,基于摄动的ESC,基于滑模的ESC以及基于数字优化的ESC等.最后,根据当前理论研究及实际应用情况,指出研究中存在的不足,并对今后工作进行了展望.

航空推进系统性能寻优控制的系统模型

航空推进系统性能寻优控制是基于模型的控制技术,各部分采用的系统模型是其关键技术之一。根据性能寻优控制的原理,分析了系统模型选择的原则。详细描述了2部分核心模型:估计模型和性能优化模型。根据寻优控制实时计算的要求,给出了状态变量模型和稳态变量模型的线性化表达式,并介绍了工程实现时模型的使用方法。

政府补助、寻租活动与高管薪酬

本文基于薪酬契约理论考察政府补助对企业高管薪酬契约的影响，并重点探讨经济转型背景下高管寻租行为在这一过程中的作用及其机制，研究发现：（1）政府补助的获得提升了高管薪酬水平，并且寻租活动的存在加剧了这一现象，（2）企业内部控制质量与寻租行为作用下政府补助与高管薪酬的提升密切相关，企业内部控制较差时，高管薪酬提升效果更为明显，（3）寻租活动降低了高管薪酬与企业业绩之间的敏感性，研究结果表明，寻租行为增加政府补助对高管薪酬提升作用的机制更多体现在寻租高管对政府补助的权力攫取，反映政府补助沦为寻租者的“分红盛宴”，在这一机制作用下，高管薪酬契约的有效性显著降低，本文结论为探明政府补助存在效率损失的原因，厘清高管薪酬提升的作用机制提供了参考，有助于促使政府部门完善企业补助制度以及企业部门设计最优薪酬契约，从而最大化社会福利，

含未知参数极值搜索系统预设性能控制

考虑在满足预设性能前提下的含未知参数极值搜索系统的控制问题,针对含未知参数的目标函数设计极值参考轨迹,利用性能函数进行预设性能设定,利用误差转换函数构建等效模型并针对等效模型设计反演控制器,设计未知参数的自适应估计律,使系统实现极值搜索的同时满足预设性能。仿真验证了该方法的有效性。

自适应循环发动机性能智能在线寻优算法研究

为解决自适应循环发动机性能在线自主优化问题,提出一种适用于三流道自适应循环发动机的智能自主优化控制方法,通过深度确定性策略梯度算法(DDPG)在线优化压比计划,实现控制规律自主寻优。在基准发动机特性图上给出了不同外涵面积下的等推力特性曲线,在此基础上给出了基准的最低油耗控制规律曲线。当发动机性能退化或存在个体差异等偏离时,基准控制规律不再能使发动机性能最优,DDPG算法利用前期存储的数据对压比指令修正量进行训练学习,自主调整发动机控制规律。整机数值仿真结果表明,调整后亚声速巡航单位耗油率降低7.63%,与最低油耗点比较偏差0.03%。超声速巡航单位耗油率降低5.04%,与最低油耗点比较偏差0.01%。性能寻优算法可以在发动机性能偏离情况下实现发动机控制规律自主调节,达到最低油耗。

航空发动机超声速巡航性能寻优控制研究

为解决航空发动机在不加力超声速巡航状态的性能寻优问题,提出进气道放气、风扇与压气机导叶角与燃油流量、尾喷管喉道面积五变量的序列二次规划优化调节方案,验证了航空发动机在最大安装推力、最小油耗、最低涡轮前温度三种控制模式时,相比较于传统的不带进气道放气的四变量优化方案,五变量优化方案优势明显,可分别提升最大安装推力7.5%,降低燃油消耗率4.6%,降低低压涡轮前温度1.5%;同时,为满足机载发动机模型自适应要求,建立基于输入端带积分补偿的卡尔曼滤波器的发动机自适应模型,并验证了航空发动机在发生蜕化时,五变量优化方案同样具有全局寻优优势。

基于反馈学习粒子群算法的极值搜索控制

将基于反馈学习的粒子群(Feedback Learning Particle Swarm Optimization,FLPSO)算法引入极值搜索控制中,并且应用经典跟踪参考信号的方法,进一步改善极值搜索控制的性能.仿真结果显示,算法使系统控制输出平稳,并且系统性能输出快速渐进收敛到最优值,改善了基于格拉姆矩阵设计的极值搜索控制算法中存在的输出震荡问题.

基于遗传算法-序列二次规划的涡扇发动机最低油耗性能寻优控制

航空发动机性能寻优控制可充分挖掘发动机潜力,大幅提升发动机性能。燃油消耗率是发动机的一项重要技术指标,对燃油消耗率进行优化,其经济意义及作战效能十分明显。针对飞机巡航状态下发动机节油特性进行研究,在保证航空发动机推力不变及安全工作(如保证发动机不超温、不超转、不喘振等)的前提下,使燃油消耗率最小。以所建立的双转子混合排气加力式涡扇发动机非线性数学模型为研究对象,提出了一种基于遗传算法-序列二次规划(GA-SQP)混合优化算法,该优化算法充分发挥了遗传算法和序列二次规划算法的优势,同时在一定程度上克服了两者的缺点,利用Matlab对该优化算法进行了仿真分析。在随机选取的10个飞行状态点对航空发动机最低油耗模式性能寻优控制进行研究后发现:基于GA-SQP混合算法的优化控制可平均降低油耗3.61%(采用基于遗传算法的优化控制则为3.68%),基于GA-SQP混合算法的优化控制的平均耗时为基于遗传算法的优化控制的23.4%。仿真结果表明,基于GA-SQP混合算法的优化控制无需人为设置初始解,不仅能达到与基于遗传算法的优化控制基本相同的优化控制效果,同时还可大幅降低计算量,提高了计算效率。

基于SQCQP算法的变循环发动机性能寻优控制

为了满足变循环发动机(VCE)性能寻优控制(PSC)需求,提出了一种基于序列二次约束二次规划(SQCQP)算法的性能寻优控制算法,通过罚函数将二次约束二次规划(QCQP)子问题转化为适应度函数,并提出一种改进微分进化(IDE)算法求解QCQP子问题,以获得最优的搜索方向。与序列二次规划(SQP)算法相比,本文提出的基于IDE算法求解QCQP子问题的SQCQP算法(IDE-SQCQP)能在更少的迭代次数下寻到更优的解。将IDESQCQP算法应用于变循环发动机的性能寻优控制中,数字仿真结果表明,在最大推力寻优控制中,IDE-SQCQP算法用时比SQP算法减少16.81%,优化效果提升了21.50%,在最小油耗寻优控制中,IDE-SQCQP算法用时比SQP算法减少14.90%,优化效果提升了31.03%,达到了算法提出的目的。

涡扇发动机最小红外特征模式性能寻优控制研究

为抑制涡扇发动机排气系统的红外特征,提出一种基于红外预测模型的最小红外特征模式性能寻优控制。首先,建立一种排气系统正后向红外辐射强度简化预测模型,该预测方法考虑了排气系统内高温部件和尾喷流的红外辐射,以及尾喷流对高温部件红外辐射的吸收作用,具有可信的仿真精度;其次,基于涡扇发动机部件级实时仿真模型,增加了从外涵引气冷却中心锥和尾喷管扩张段内壁的冷却结构和红外预测模块;最后,基于该模型探索了最小红外特征模式的优化原理,并选用可行序列二次规划(FSQP)算法,通过控制高温壁面冷却气的流量,主燃烧室的燃油量以及尾喷管喉道面积,对两个亚声速巡航状态的工作点进行实时优化。仿真结果表明:在满足发动机推力恒定以及其他约束条件的前提下,发动机通过最小红外特征模式性能寻优控制,其排气系统后向红外辐射下降了30%以上,红外抑制效果显著。

带单个引射器单轴涡喷发动机性能寻优

利用起作用集法将航空发动机的非线性不等式约束寻优问题转化为非线性等式约束寻优问题,利用一系列的梯度法最终将非线性等式约束寻优问题转化为低维的无约束寻优问题。针对一类带引射器的涡喷发动机,应用该方法对其加力模态和引射模态分别进行了最大推力、最低油耗、最低涡轮前温度三种模式的性能寻优控制。仿真结果表明,该方法对所有工况点都有良好的收敛性,并且计算速度很快。该方法能实现增加发动机推力、降低油耗和涡轮前温度的目的。