基于复合推进系统动态模型-状态变量模型的航空发动机直接推力预测控制

作者： 金崇文   郑前钢   张海波   房娟   胡忠志   来源： 推进技术 年份： 2022 文献类型 ： 期刊 关键词： 直接推力控制   航空发动机   状态变量模型   复合推进系统动态模型   预测控制  

描述： 直接推力控制可以有效改善推力控制的品质,针对航空发动机直接推力控制问题,进行了模型预测控制(Model Predictive Control, MPC)研究。为了提升航空发动机推力控制的精度,提出了基于复合推进系统动态模型-状态变量模型(Compact Propulsion System Dynamic Model-State Variable Model-State Variable Model,CPSDM-SVM)的航空发动机直接推力预测控制方法。CPSDM实时估计出不可测参数(推力、喘振裕度等)的基准值,SVM则根据未来输入实时预测发动机未来响应。由于CPSDM将发动机分为进气道、核心机、喷管、喘振裕度、推力等进行建模,在兼顾精度的同时,提高机载模型的实时性。CPSDM-SVM作为MPC算法中的预测模型,具有较高的精度和实时性。仿真结果表明,在与基于分段线化模型的传统模型预测控制方法实时性基本相同的情况下,所提出方法控制效果有明显的提升,调节时间缩短了1.17s。所提出方法稳态控制精度为0.08%,传统方法稳态精度为2.58%。因此,所提出方法在保证实时性的条件下,提升了控制精度和控制效果。

基于复合推进系统动态模型-状态变量模型的航空发动机直接推力预测控制

作者： 金崇文   郑前钢   张海波   房娟   胡忠志   来源： 推进技术 年份： 2022 文献类型 ： 期刊 关键词： 直接推力控制   航空发动机   状态变量模型   复合推进系统动态模型   预测控制  

描述： 直接推力控制可以有效改善推力控制的品质,针对航空发动机直接推力控制问题,进行了模型预测控制(Model Predictive Control, MPC)研究。为了提升航空发动机推力控制的精度,提出了基于复合推进系统动态模型-状态变量模型(Compact Propulsion System Dynamic Model-State Variable Model-State Variable Model,CPSDM-SVM)的航空发动机直接推力预测控制方法。CPSDM实时估计出不可测参数(推力、喘振裕度等)的基准值,SVM则根据未来输入实时预测发动机未来响应。由于CPSDM将发动机分为进气道、核心机、喷管、喘振裕度、推力等进行建模,在兼顾精度的同时,提高机载模型的实时性。CPSDM-SVM作为MPC算法中的预测模型,具有较高的精度和实时性。仿真结果表明,在与基于分段线化模型的传统模型预测控制方法实时性基本相同的情况下,所提出方法控制效果有明显的提升,调节时间缩短了1.17s。所提出方法稳态控制精度为0.08%,传统方法稳态精度为2.58%。因此,所提出方法在保证实时性的条件下,提升了控制精度和控制效果。

基于NN-PSM的航空发动机机载自适应稳态模型

作者： 项德威   郑前钢   张海波   陈铖   房娟   来源： 航空动力学报 年份： 2022 文献类型 ： 期刊 关键词： 自适应   基线模型   神经网络   推进系统矩阵   机载稳态模型  

描述： 卡尔曼滤波器实时估计发动机健康参数，提高模型的自适应能力。在大包线、变状态的飞行条件下进行仿真验证，并与传统的复合推进系统模型（CPSM）进行对比，结果表明：NN-PSM模型的平均精度在0.66%以内，而CPSM的平均精度为2.07%以内，运行时间仅为CPSM的1/10，且具有数据存储量少的特点。

基于NN-PSM的航空发动机机载自适应稳态模型

作者： 项德威   郑前钢   张海波   陈铖   房娟   来源： 航空动力学报 年份： 2022 文献类型 ： 期刊 关键词： 自适应   基线模型   神经网络   推进系统矩阵   机载稳态模型  

描述： 卡尔曼滤波器实时估计发动机健康参数，提高模型的自适应能力。在大包线、变状态的飞行条件下进行仿真验证，并与传统的复合推进系统模型（CPSM）进行对比，结果表明：NN-PSM模型的平均精度在0.66%以内，而CPSM的平均精度为2.07%以内，运行时间仅为CPSM的1/10，且具有数据存储量少的特点。

基于非线性模型预测的航空发动机性能寻优控制

作者： 郑前钢   金崇文   项德威   来源： 航空动力学报 年份： 2023 文献类型 ： 期刊 关键词： 航空发动机控制   性能寻优控制   机载模型   非线性模型预测控制   复合推进系统动态模型  

描述： 提出一种基于非线性模型预测的航空发动机性能寻优控制方法，以提升性能寻优控制的响应速度。基于风扇进口温度插值的复合推进系统动态模型建模方法建立全包线机载预测模型，以实时估计发动机性能参数及有限时域内的未来输出；基于非线性模型预测控制方法，将最大推力模式、最小油耗模式、最低涡轮温度模式3种性能寻优控制模式转化为实时动态性能寻优问题，并设计相应实时控制的性能指标，提升发动机响应速度。仿真结果表明：相比于传统方法，所提出方法建立的机载模型在3种性能寻优控制模式下有较好的控制效果且响应速度提升0.5～5 s，在高空巡航工作点，最大推力模式下推力提高19.8%，最小耗油模式下耗油率下降3.12%，最低涡轮前温度模式下涡轮前温度下降17 K，验证了控制方法的有效性。

基于状态感知的航空发动机变基线模型建模方法研究

作者： 陈铖   郑前钢   汪勇   张海波   来源： 推进技术 年份： 2023 文献类型 ： 期刊 关键词： 高斯混合模型   航空发动机   飞行数据   状态感知   机载模型   变基线模型  

描述： 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。

基于双向优化策略的航空发动机多变量加速控制规律优化研究

作者： 姜威   尹金星   郑前钢   张海波   来源： 推进技术 年份： 2023 文献类型 ： 期刊 关键词： 航空发动机   加速优化   双向优化策略   涡扇发动机   几何调节规律  

描述： 针对航空发动机传统加速优化采用并行优化方法，未能有效利用燃油与几何变量的配合作用，提出了一种基于双向优化策略的加速控制规律优化方法。并行单向优化方法中的目标函数集中在发动机当前性能上，燃油的主导作用限制了紧贴约束边界优化过程几何变量的调节范围；而几何变量是通过增加空气流量、提高旋转部件效率等措施改善燃油流量的变化速率来间接提高发动机加速性能。因此，双向优化策略根据控制量在提高加速性作用方式的不同，将多变量并行优化分解为燃油单变量和几何多变量优化并分别采用不同的目标函数，通过确定的加速燃油控制规律正向优化几何加速调节规律，然后根据几何调节规律反向求解加速燃油控制规律。仿真结果表明：在正向优化过程中，喘振裕度不再紧贴约束限制线，优化后的加速时间从4.44s缩短至3.32s，双向优化策略的加速时间优于传统并行方法，且优化出的多变量控制规律更平稳，更便于线性化。

智能航空发动机模型预测控制

作者： 金崇文   来源： 南京航空航天大学 年份： 2021 文献类型 ： 学位论文 关键词： 模型预测控制   航空发动机   机载模型   性能寻优控制   直接性能量控制  

描述： 智能航空发动机模型预测控制

智能航空发动机综合优化控制研究

作者： 郑前钢   来源： 南京航空航天大学 年份： 2018 文献类型 ： 学位论文 关键词： 航空发动机   性能模式   优化控制   基线模式   延寿模式   机载模型   应急模式  

描述： 智能航空发动机综合优化控制研究

DGPS/IMU辅助航空摄影航片处理方法

作者： 张海波   来源： 辽宁工程技术大学 年份： 2016 文献类型 ： 学位论文 关键词： 无人机　　航空摄影　　空中三角测量　　正射影像（DOM）　　DGPS/IMU  

描述： 随着城市建设步伐的加快，作为卫星遥感和常规航空遥感的有效补充，无人机航空摄影方法为城市发展及规划提供决策帮助。本文根据航拍特点，说明了无人机航空摄影的优缺点，无人机航空摄影系统构造，无人机航拍数据预处理原理及流程。通过研究DGPS/IMU辅助航空摄影原理，选择INPHO系列软件及不同处理航片方案的操作方法处理航片，快速的得到某一地区满足一定要求的正射影像图。由于航测系统和计算机视觉的发展，给无人机空中三角测量的实施带来了便利，但处理无人机航片的技术方法急需解决。本文利用INPHO系列软件，结合广东阳影像数据生产正射影像项目数据进行了探讨和研究，利用INPHO软件生产合格数字正射影像产品做了介绍，探讨了INPHO中参数设定的方法，无人机航拍内外业流程及利用INPHO系列软件处理无人机数据方法，对DGPS/IMU辅助航空摄影以及内页数据处理提供必要支持。通过研究航拍数据处理原理及实践生产流程，解决了INPHO系列软件处理航拍数据中遇到匹配失败的问题，运用POS数据参与解算，完成连接点提取过程，生产符合要求的数字正射影像（DOM）产品。随着GPS技术和惯导系统(IMU)的发展，GPS辅助航空摄影技术不断发展，DGPS/IMU组合给航空摄影带来了革命性的变革，本文介绍了DGPS/IMU辅助航空摄影原理，解决了DGPS/IMU辅助航空摄影中产生的误差及改正方法，对无人机航空摄影测量不同的数据处理方法进行了实验，总结出DGPS/IMU辅助航空摄影达到的精度。为了得到高精度的速度、位置和姿态，DGPS/IMU组合航空摄影提高了航空摄影的质量，节省了大量布点带来的经济损失。航空摄影技术为我们生活提供了直观真实的数字影像产品，为建设美好家园提供了有效手段，航测技术新思想不断涌现，新问题不断克服，越来越形象的真实影像将会出现在我们生活中！