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 ZHENG Qiangang;JIN Chongwen;XIANG Dewei

作者机构：南京航空航天大学能源与动力学院南京210016 中国商用飞机有限责任公司上海飞机设计研究院上海201210 上海华模科技有限公司上海201315 

出 版 物：《航空动力学报》 (Journal of Aerospace Power)

年 卷 期：2023年第38卷第6期

页      面：1525-1536页

核心收录：

学科分类：082502[工学-航空宇航推进理论与工程] 08[工学] 0825[工学-航空宇航科学与技术] 

基　　金：国家自然科学基金(51906102,52176009) 国家科技重大专项(J2019-Ⅱ-0009-0053,J2019-Ⅰ-0020-0019,2019-Ⅲ-0014-0058) 先进航空动力创新工作站项目(HKCX2020-02-022,HKCX2020-02-027) 南京航空航天大学前瞻布局科研专项(ILA220341A22,ILA220371A22) 

主　　题：航空发动机控制 非线性模型预测控制 性能寻优控制 复合推进系统动态模型 机载模型 

摘      要：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0.5~5s,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17K,验证了控制方法的有效性。