基于遗传算法的航空发动机神经网络控制

作者： 包睿   来源： 南京航空航天大学 年份： 2016 文献类型 ： 学位论文 关键词： 航空发动机　　   遗传算法　　   数字仿真   PID控制器　　   神经网络　　  

描述： 航空发动机是一个结构复杂的非线性多变量控制对象,具有不确定性和时变性。传统的控制算法的设计依赖于被控对象的精确数学模型,难以对复杂对象进行有效控制。因此,有必要研究不依赖于对象精确数学模型的控制算法,基于仿生学理论的遗传算法和神经网络为设计此类控制器提供了可能。本文设计了一种基于神经网络的PID控制器。利用两个结构相同的三层前向网络,调整发动机转速控制回路和压比控制回路中的PID控制器参数,实现对发动机的控制。神经网络权重采用BP算法在线调整。仿真结果表明,所设计的控制器在包线内具有很强的自适应性,有效降低了控制回路间的耦合,提高了系统动、静态性能。采用递归神经网络作为辨识机构,设计了基于递归神经网络的航空发动机自适应控制系统。采用递归神经网络辨识发动机模型,采用自适应算法对神经网络权值进行在线调整,并在飞行包线内各工作点对控制系统进行了仿真。设计了基于遗传算法的发动机PID控制器,用遗传算法对PID控制器三个参数在一定范围内搜索寻优,实现PID控制器参数的自动整定。将遗传算法与神经网络相结合设计了发动机转速控制系统。将前向神经网络作为控制器,利用遗传算法离线优化神经网...

航空公司不正常航班管理和调度算法研究

作者： 姚韵   来源： 南京航空航天大学 年份： 2016 文献类型 ： 学位论文 关键词： 预警   启发式算法   调度   计划恢复   不正常航班   航班延误   责任鉴定  

描述： 在民用航空运输中,不正常航班由于多种原因难以避免。不正常航班的出现干扰了航空公司的正常运作,不仅给旅客带来诸多麻烦,同时也给航空公司造成了巨大的经济损失,甚至影响航空公司的信誉。因此,提高不正常航班的管理和调度能力已经成为航空公司运行控制管理中的主要工作重点。本论文采用网络优化理论、现代智能优化理论、可拓学理论对不正常航班的管理和调度有关问题进行研究。不正常航班引发的航空公司与旅客间的冲突时有发生,针对不正常航班管理中缺乏有效冲突预警的现状,本文首先利用可拓学的物元理论、可拓关联函数理论建立不正常航班旅客冲突的预警模型,对空中交通状况、机场和航空公司资源使用情况等指标进行定性定量的评价,给出当前服务环境的预警等级,为航空公司加强冲突预防和服务管理监控提供一个形式化的工具。分析了不正常航班中冲突的特点,利用可拓学中的共轭分析理论和物元的发散性、可扩性、相关性、蕴含性关系,对解决旅客纠纷提供了一种有效的分析手段和策略生成方法。民航总局规定当航空公司因自身原因导致长时间延误时,需要对旅客进行经济补偿。针对国内经济补偿纠纷的关键问题——航班延误责任归属的判定,采用可拓学中相关关系、蕴含关系和传导变...

基于多目标遗传算法的航空发动机多目标优化控制

作者： 李玥   来源： 南京航空航天大学 年份： 2016 文献类型 ： 学位论文 关键词： PID控制　　   多目标遗传算法　　   多目标优化　　   航空发动机　　   飞/推综合控制　　   优化控制模式  

描述： 多目标遗传算法是近年来针对多目标优化问题发展起来的一种新的优化算法。由于其具有高效、实用的特点,因此越来越受到学术界的重视。本文围绕发动机多目标优化这一主题,对多目标遗传算法的基本理论、典型算法及其在航空发动机多目标优化控制中的应用,进行了较为全面的探讨。 论文首先介绍了国内外遗传算法的发展状况及其研究工作的意义。 第二章对多目标遗传算法进行了系统而深入的探讨。在阐述了遗传算法的基本思想和基本操作步骤的基础上,进一步阐述了多目标遗传算法的思想和基本流程,并着重分析介绍了四种典型的多目标遗传算法,最后通过两个多目标函数优化实例初步验证了算法的优化性能。 第三章以航空发动机模型为对象,利用先进多目标遗传算法NSGA-II对其PID控制器参数进行优化选取。仿真结果表明:在飞行包线内的多个飞行状态,转速阶跃响应过程的性能指标得到了很好的优化,获得了令人满意的优化效果。不失为一种具有较好实用价值的多目标优化算法。 第四章提出用多目标遗传算法解决飞/推综合优化控制的多目标优化问题,综合考虑飞/推综合优化控制模式的多个性能指标,并采用NSGA-II多目标优化算法对其进行优化。最终结...

低空救援航空器航迹规划算法研究

作者： 王磊   来源： 南京航空航天大学 年份： 2016 文献类型 ： 学位论文 关键词： 低空救援　　航迹规划　　飞行状态和模式估计　　意图推理　　Agent模型  

描述： 我国是世界上发生自然灾害以及各类公共安全事故灾害最为严重的国家之一,而航空救援作为立体救援有机整体的重要一环,其具有快速、高效、受地理空间限制少等优势,已然成为社会各界高度关注和重视的对象。除此之外,随着《低空空域管理使用规定》发布,低空开放政策日渐成熟,也让航空器低空安全运行成为近几年备受关注的研究热点。本文主要针对重大自然灾害下的通用航空器低空应急救援飞行航迹规划问题,将低空救援航空器航迹规划问题划分为预战术和战术两个层面进行研究,最终要实现航空器实时自主地规划航迹。预战术层面通过结合实际的低空救援飞行环境,先针对单个航空器航迹规划问题,在三维空域网格划分的基础上,基于改进的A?算法得到最优的初始飞行计划航迹。在单个航空器初始飞行航迹基础上,结合时间窗原理,提出了两种方法解决了多航空器无冲突飞行计划航迹规划问题,并通过计算机仿真对两种方法进行了对比分析。战术层面则在预战术航迹规划的基础上,结合已划设的空域网格,提出了基于航空器飞行状态模式估计和飞行意图推理的航迹预测算法。该算法结合了交互式多模型算法和改进的意图推理算法的优点,摒弃了两种算法单独使用时的不足之处,进而能够确保预测得到的航迹实时准确。基于航迹预测的冲突解脱算法在探测到飞行冲突时,为了实现航空器自主避让飞行冲突,将航空器当作独立自主的智能体Agent,依据救援目视飞行规则,在Airspace模型上,构建Agent模型。基于优先级准则,进行非协作式航向调整冲突解脱策略,并提出了协作式航向调整冲突解脱策略思想,确保航空器能够得到最优无冲突飞行航迹。最后,仿真验证了该算法的实时性和有效性。

航空发动机气路故障诊断的非线性滤波方法研究

作者： 鞠红飞   来源： 南京航空航天大学 年份： 2016 文献类型 ： 学位论文

描述： 航空发动机气路故障诊断的非线性滤波方法研究

基于SQP方法的航空发动机过渡态最优控制研究

作者： 胡欢   来源： 南京航空航天大学 年份： 2016 文献类型 ： 学位论文 关键词： 航空发动机　　非线性最优化　　过渡态控制　　SQP方法　　过渡态性能优化  

描述： 当航空发动机部分或全部性能变量随时间变化时,就进入过渡态工作。发动机的过渡状态包括起动过程、加速过程、减速过程等。过渡态性能直接关系到飞机起飞,加速飞行,机动飞行等性能的好坏。航空发动机过渡态控制涵盖了若干不同稳态点的转速范围,本质上属于非线性控制。而目前解决该类问题的一般方法是利用非线性最优化方法。文中研究的SQP方法就是非线性最优化方法中的一种。本文以航空发动机过渡态最优控制为主线,研究了SQP方法在发动机加/减速控制中的应用、发动机工作极限对加速控制的影响和飞行包线内的加速控制规律的获得。SQP方法是一个静态方法而航空发动机加/减速过程是一个动态过程。本文解决该问题的具体做法是:在每一个迭代点将目标函数和约束函数离散化,利用SQP方法求出每一迭代点的最优控制量,将每一个迭代点的最优控制量组合起来,得到整个加/减速过程的最优控制律。仿真结果表明SQP方法能有效改善发动机加/减速性能。涡轮前温度和喘振裕度的改变会影响航空发动机的加速性能。改变航空发动机涡轮前温度和喘振裕度的限制条件并利用SQP方法进行了仿真运算。结果表明,利用SQP方法得到的加速规律,能够有效应对航空发动机遇到的各种紧急情况。为了得到飞行包线内的加速规律,本文以高度和马赫数来划分飞行包线,分别求取不同飞行条件下的加速规律。将所有的加速规律组合到一起,选取满足所有飞行条件的加速规律即获得飞行包线内的加速规律。

航空发动机气路性能估计方法对比研究

作者： 崔文斌   来源： 南京航空航天大学 年份： 2016 文献类型 ： 学位论文 关键词： 气路性能估计　　发动机健康管理　　支持向量机　　智能算法  

描述： 为了进一步提高发动机的安全性和可靠性,加快航空发发动机视情维修向健康管理综合系统转变的步伐,本文着重研究了健康管理系统核心部分之一,即以某型涡扇发动机为研究对象,对发动机气路性能估计方法进行了对比研究。首先本文采用了智能算法,将性能估计问题转化为寻优问题,基于遗传算法以C++、Matlab为平台进行了仿真实验。仿真结果表明,虽然传统遗传算法在处理非线性问题上有很强的适用性,但在性能估计时亦会出现局部最优、精度过低的问题。针对这一问题,本文提出了不同的改进方案:引入了信息融合思想和萤火虫算法。通过仿真可知:信息融合遗传算法能够有效解决传统遗传算法中出现的问题,将估计精度控制在5%以内;萤火虫算法虽然在精度上能表现出优越的性能,但对设定参数敏感,由于没有科学的参数选取规则,针对不同问题需要大量试算获得算法参数。其次本文研究了支持向量机在气路性能估计中的运用,将性能估计问题转化为测量参数与性能参数间的建模问题,基于支持向量机对气路故障采用先分故障类别,再回归性能参数的策略。仿真结果表明支持向量机在小蜕化量时表现出的性能并不能让人满意,在气路性能估计领域有一定的局限性。本文提出了回归修正策略以及基于支持向量机、遗传算法的组合算法。支持向量机回归算法在引入修正策略后,能将估计误差控制在4%以内;基于支持向量机、遗传算法的组合方法能够克服两类算法缺陷,不仅解决了寻优过程中局部最优问题,也使整个算法对训练样本的依赖性降低,同时将估计误差控制在4%以内。最后对文中提出的性能参数估计方法进行了对比分析,总结了各类算法的局限性及应用前景,为后续研究提供一些建议。

航空复合材料可重入制造过程建模与调度方法研究

作者： 施晶晶   来源： 南京航空航天大学 年份： 2016 文献类型 ： 学位论文 关键词： 航空复合材料　　可重入制造　　时间约束　　能力约束　　建模　　调度  

描述： 航空复合材料因其具有较高的强度与刚度、较强的抗疲劳性与耐腐蚀性、较好的整体成型工艺等优良性能，在现代飞机中的应用比例日益增大。与国外先进水平相比，我国航空制造业复合材料生产制造技术比较落后、使用比例提升幅度较小，严重影响我国航空、航天制造业的发展。因此，必须开展复合材料制造过程管理技术的研究，深入探讨复合材料制造过程建模与优化调度方法，为缩短生产周期提供技术支持。本文首先针对我国航空复合材料的“手工铺层与热压罐固化”湿法成型生产工艺进行分析，指出该制造过程属于典型的带时间与能力双约束的可重入生产系统，并对该可重入生产系统进行作业划分与调度评价指标研究；然后，提出扩展的赋时着色网建模方法，对标识m给出新的定义形式，并运用ETCPN建模方法对单热压设备的ACM可重入制造阶段进行建模，就该模型引入实例进行特性分析；接着，确立双约束条件下的调度目标，针对该调度目标，结合ETCPN模型，提出ISMATG综合调度方法，并详细阐述该综合调度方法中A*算法、遗传算法的设计过程。最后，本文基于Matlab软件环境、结合SQL Server，开发了ISMATG调度方法实例验证程序。通过实例分析证明，ISMATG调度方法在综合考虑能力约束与时间约束的前提下，能够使得待加工工件在最短时间内完工，方法具有一定实用性与优越性。

航空发动机健康管理系统快速原型方法研究

作者： 张冬冬   来源： 南京航空航天大学 年份： 2016 文献类型 ： 学位论文 关键词： 航空发动机　　健康管理　　快速原型　　简化模型　　HIL仿真  

描述： 航空发动机健康管理技术可以有效提高发动机的安全性和可靠性。目前传统的航空发动机健康管理系统设计方法具有周期长、成本高、风险大等问题，而快速原型技术可以有效提高系统的开发效率，因此本文针对航空发动机健康管理系统的快速原型方法展开研究。论文分析了健康管理系统设计的总体需求，提出了面向健康管理系统的快速原型设计方法。采用模块化的思想构建了基于虚拟仪器语言和快速原型技术的航空发动机健康管理系统快速原型仿真平台。以CompactRIO平台为核心，在实时响应最高的现场可编程门阵列（FPGA）环境下设计了信号接口单元，模拟发动机真实传感器值，并提供了基于Windows平台的健康管理软件实时开发环境，可以将健康管理算法快速部署下载至硬件平台构成快速原型控制器。研究了某型涡轴发动机简化模型的建模方法，根据试车数据建立了涡轴发动机简化模型，包括起动、稳态和动态过程的涡轴发动机简化模型。同时研究了根据试车数据修正动态实时模型的方法，修正效果较好。在快速原型仿真平台中进行简化模型的的动稳态通讯仿真，验证了平台通讯的实时性。开展了快速原型控制器的软件设计研究，包括算法设计及其在LabVIEW中程序的模块化设计。设计了航空发动机系统控制算法和健康管理算法，并采用MathScript节点、子VI、动态链接库DLL三种方式进行快速原型控制器中算法的模块化设计，为发动机快速原型控制器中算法地快速部署运行奠定软件基础。开展了快速原型控制器的HIL仿真验证，在快速原型仿真平台中验证了系统控制算法和健康管理算法的有效性；同时对C代码生成进行了研究，完成图形化程序到其它平台环境的移植工作。

航空结构关键部位损伤识别方法研究

作者： 金培   来源： 南京航空航天大学 年份： 2016 文献类型 ： 学位论文 关键词： 结构健康监测　　结构关键部位　　疲劳裂纹　　复合材料　　应力波　　损伤因子　　虚拟仪器  

描述： 航空工程结构在使用过程中在疲劳载荷的作用下难免发生损伤，在结构关键部位萌生裂纹，随着智能材料与结构的发展，利用集成在结构中或粘附在结构表面的先进激励/接收传感元件网络，在线准实时地获取与结构健康状态相关的信息来识别结构安全状态已成为可能。应用结构健康监测系统获取与结构中损伤的性质和程度等相关的信息，对预防结构性能退化乃至失效而引起的灾难性后果，提高和增强结构使用的安全性，同时降低航空结构维护成本具有重要意义。本文对航空结构关键部位的裂纹及常见的先进复合材料板结构损伤的识别和监测进行了研究，首先针对接头耳片结构，利用统计模式识别方法，将结构健康监测问题转化为模式识别问题，将提取到的测得信号的时间频率域特征作为贝叶斯分类器的输入，对分类器进行训练和测试，识别接头耳片结构中疲劳裂纹的长度，并提出针对接头耳片此类含应力集中部位结构的损伤定位策略，识别接头耳片中裂纹所在的部位。其次，针对常见的复合材料结构，提出了一种基于损伤因子的加权平均融合定位算法，识别复合材料结构中冲击损伤发生的位置，并通过实验证明了实验中模拟损伤方法的有效性。最后，基于虚拟仪器技术及损伤识别算法开发并建立了一套功能完整的两模块结构健康系统分别用于接头耳片和复合材料平板等航空结构关键部位的损伤监测，并通过实验验证了该结构健康系统的有效性和可靠性。