基于Spatiotemporal Learning的随机模型预测控制方法及其在航空发动机控制中的应用

作者： 陈燃   李渝哲   孙希明   柴天佑   来源： 第33届中国过程控制会议论文集 年份： 2022 文献类型 ： 会议论文 关键词： 随机模型预测控制   航空发动机控制   高斯过程   learning   Spatiotemporal  

描述： 为了处理模型不确定性的问题,大量的随机模型预测控制方法假设不确定性遵循给定的统计分布用于解决随机最优控制问题。然而,在实际场景中,取决于某些超参数的模型不确定性统计特性可能在跟随时间和空间上的变化。在航空发动机控制应用中,在不同的运行条件下可能会出现不同类型的不确定性,例如动态变化的飞行高度和马赫数。传统上,随机模型预测控制方法可能无法直接处理这些类型的不确定性。因此,在本文中,我们提出了一种基于Spatiotemporal Learning的随机模型预测控制算法,通过构建时空高斯过程来逼近基于测量数据的不确定性,来研究具有动态变化不确定性的随机最优控制问题。由于时空高斯过程可能难以用长处理时间序列评估,我们提出了高斯过程的状态空间表示,以采用计算有效的卡尔曼滤波和平滑方法。然后,我们通过参数化控制器并重新制定成本和机会约束来推导出计算上易于处理的控制策略,并明确分析相应的递归可行性和闭环稳定性。最后,将所提出的算法应用于航空发动机的压气机喘振控制,并与其他模型预测控制方法进行了比较,证明了我们方法的有效性。

基于模糊算法的航空活塞发动机多次喷射协调控制

作者： 姚江昕   徐劲松   黄国勇   吴建德   来源： 第33届中国过程控制会议论文集 年份： 2022 文献类型 ： 会议论文 关键词： Simulink与AMESim联合仿真   多次喷射协调   模糊控制   航空活塞发动机  

描述： 航空活塞发动机是一个复杂的非线性系统,且飞机的飞行工作环境复杂多变,因此在设计控制器时需要考虑诸多物理限制和不确定因素的影响。多次喷射协调控制研究一直是航空活塞发动机喷油过程中的一个关键环节,多次喷射技术主要针对喷油量、喷油持续时间、喷油提前角进行高度灵活和精确控制。因此,本文主要研究航空活塞发动机多次喷射在模糊控制中的应用。首先,根据航空活塞发动机控制系统的多次喷射协调性问题,系统分析了多次喷射的功能并充分考虑环境以及工况变化等因素,提出了针对预喷、主喷和后喷的多次喷射协调控制策略,采用三输入三输出的Mamdani模型算法设计了多次喷射协调控制器的模糊规则,以总喷油量、发动机转速、共轨压力作为输入变量,喷油次数、喷油脉宽、喷油提前角作为输出值,选取隶属度函数,通过模糊规则运算得出当前工况下的最佳喷射次数组合。其次,利用模糊自适应能够更好地优化发动机的燃烧性能,消除发动机工况变化对于转矩、转速以及功率的影响。在MATLAB/Simulink中搭建航空活塞发动机的模糊控制框架模型,并与AMESim仿真软件搭建的航空活塞发动机物理模型进行联合仿真验证,对比不同工况多次喷射组合下的燃烧和废气排放曲线是否符合排放法规。结果表明:模糊算法在航空活塞发动机多次喷射协调控制中具有高适应性和强鲁棒性的优势,且不需要大量精确的控制参数集,也能广泛运用在各种型号的发动机中。本文通过构建基于模糊算法的航空活塞发动机多次喷射协调控制模型,实现了不同工况下多次喷射组合模式,使得实时喷油量更加符合当前的发动机工况,燃烧充分,有效降低油耗和有害排放物。本方法为航空活塞发动机多次喷射协调控制提供了基于模糊系统的新方法,相比较传统状态控制字算法以及依靠MAP插图查询的方法在效率、适应性上均有较大的提高,极大地改善了航空活塞发动机多次喷射协调控制方面的研究。本文所获得的结果能够稳定运行,并实现了预喷、主喷和后喷喷射次数的灵活组合和有效自动调节控制。

基于容积卡尔曼滤波器的航空发动机模糊模型辨识

作者： 周博文   屈卫东   来源： 第33届中国过程控制会议论文集 年份： 2022 文献类型 ： 会议论文 关键词： 航空发动机   T   GK聚类   S模糊模型   容积卡尔曼滤波器   系统辨识  

描述： 为了解决在采用T-S模糊模型辨识航空发动机非线性系统时输入空间划分复杂、划分不准确和建立模糊模型数据噪声过大时辨识精度下降的问题,本文提出了一种改进的对航空发动机模糊模型辨识的方法。该方法首先使用Gustafson-Kessel聚类对模糊空间进行划分,然后分别使用容积卡尔曼滤波器和卡尔曼滤波器辨识模糊模型的前件参数和后件参数。实验结果表明,该方法具有较高的精确度,同时当输入数据的噪声较大时,也可以保持较高的精准度。

基于扎根理论的民航机场疫情防控能力影响因素研究

作者： 穆震杰   赵睿达   张汇   秦宇焘   肖蘅   来源： 第33届中国过程控制会议论文集 年份： 2022 文献类型 ： 会议论文 关键词： 影响因素   扎根理论   民航机场   疫情防控能力  

描述： 了由12个副范畴、4个主范畴与1个核心范畴(机场疫情防控能力)构成的影响因素模型,开发相应的测量量表,并使用结构方程模型验证相关理论假设,得出相应的结论与启示.

基于Spatiotemporal Learning的随机模型预测控制方法及其在航空发动机控制中的应用

作者： 陈燃   李渝哲   孙希明   柴天佑   来源： 第33届中国过程控制会议论文集 年份： 2022 文献类型 ： 会议论文 关键词： 随机模型预测控制   航空发动机控制   高斯过程   learning   Spatiotemporal  

描述： 为了处理模型不确定性的问题,大量的随机模型预测控制方法假设不确定性遵循给定的统计分布用于解决随机最优控制问题。然而,在实际场景中,取决于某些超参数的模型不确定性统计特性可能在跟随时间和空间上的变化。在航空发动机控制应用中,在不同的运行条件下可能会出现不同类型的不确定性,例如动态变化的飞行高度和马赫数。传统上,随机模型预测控制方法可能无法直接处理这些类型的不确定性。因此,在本文中,我们提出了一种基于Spatiotemporal Learning的随机模型预测控制算法,通过构建时空高斯过程来逼近基于测量数据的不确定性,来研究具有动态变化不确定性的随机最优控制问题。由于时空高斯过程可能难以用长处理时间序列评估,我们提出了高斯过程的状态空间表示,以采用计算有效的卡尔曼滤波和平滑方法。然后,我们通过参数化控制器并重新制定成本和机会约束来推导出计算上易于处理的控制策略,并明确分析相应的递归可行性和闭环稳定性。最后,将所提出的算法应用于航空发动机的压气机喘振控制,并与其他模型预测控制方法进行了比较,证明了我们方法的有效性。

基于模糊算法的航空活塞发动机多次喷射协调控制

作者： 姚江昕   徐劲松   黄国勇   吴建德   来源： 第33届中国过程控制会议论文集 年份： 2022 文献类型 ： 会议论文 关键词： Simulink与AMESim联合仿真   多次喷射协调   模糊控制   航空活塞发动机  

描述： 航空活塞发动机是一个复杂的非线性系统,且飞机的飞行工作环境复杂多变,因此在设计控制器时需要考虑诸多物理限制和不确定因素的影响。多次喷射协调控制研究一直是航空活塞发动机喷油过程中的一个关键环节,多次喷射技术主要针对喷油量、喷油持续时间、喷油提前角进行高度灵活和精确控制。因此,本文主要研究航空活塞发动机多次喷射在模糊控制中的应用。首先,根据航空活塞发动机控制系统的多次喷射协调性问题,系统分析了多次喷射的功能并充分考虑环境以及工况变化等因素,提出了针对预喷、主喷和后喷的多次喷射协调控制策略,采用三输入三输出的Mamdani模型算法设计了多次喷射协调控制器的模糊规则,以总喷油量、发动机转速、共轨压力作为输入变量,喷油次数、喷油脉宽、喷油提前角作为输出值,选取隶属度函数,通过模糊规则运算得出当前工况下的最佳喷射次数组合。其次,利用模糊自适应能够更好地优化发动机的燃烧性能,消除发动机工况变化对于转矩、转速以及功率的影响。在MATLAB/Simulink中搭建航空活塞发动机的模糊控制框架模型,并与AMESim仿真软件搭建的航空活塞发动机物理模型进行联合仿真验证,对比不同工况多次喷射组合下的燃烧和废气排放曲线是否符合排放法规。结果表明:模糊算法在航空活塞发动机多次喷射协调控制中具有高适应性和强鲁棒性的优势,且不需要大量精确的控制参数集,也能广泛运用在各种型号的发动机中。本文通过构建基于模糊算法的航空活塞发动机多次喷射协调控制模型,实现了不同工况下多次喷射组合模式,使得实时喷油量更加符合当前的发动机工况,燃烧充分,有效降低油耗和有害排放物。本方法为航空活塞发动机多次喷射协调控制提供了基于模糊系统的新方法,相比较传统状态控制字算法以及依靠MAP插图查询的方法在效率、适应性上均有较大的提高,极大地改善了航空活塞发动机多次喷射协调控制方面的研究。本文所获得的结果能够稳定运行,并实现了预喷、主喷和后喷喷射次数的灵活组合和有效自动调节控制。

基于容积卡尔曼滤波器的航空发动机模糊模型辨识

作者： 周博文   屈卫东   来源： 第33届中国过程控制会议论文集 年份： 2022 文献类型 ： 会议论文 关键词： 航空发动机   T   GK聚类   S模糊模型   容积卡尔曼滤波器   系统辨识  

描述： 为了解决在采用T-S模糊模型辨识航空发动机非线性系统时输入空间划分复杂、划分不准确和建立模糊模型数据噪声过大时辨识精度下降的问题,本文提出了一种改进的对航空发动机模糊模型辨识的方法。该方法首先使用Gustafson-Kessel聚类对模糊空间进行划分,然后分别使用容积卡尔曼滤波器和卡尔曼滤波器辨识模糊模型的前件参数和后件参数。实验结果表明,该方法具有较高的精确度,同时当输入数据的噪声较大时,也可以保持较高的精准度。

基于扎根理论的民航机场疫情防控能力影响因素研究

作者： 穆震杰   赵睿达   张汇   秦宇焘   肖蘅   来源： 第33届中国过程控制会议论文集 年份： 2022 文献类型 ： 会议论文 关键词： 影响因素   扎根理论   民航机场   疫情防控能力  

描述： 了由12个副范畴、4个主范畴与1个核心范畴(机场疫情防控能力)构成的影响因素模型,开发相应的测量量表,并使用结构方程模型验证相关理论假设,得出相应的结论与启示.