一种航空涡扇发动机切换控制方法、系统和设备

    专利查询2025-03-02  11


    本发明涉及涡扇发动机的,具体为一种航空涡扇发动机切换控制方法、系统和设备。


    背景技术:

    1、航空涡扇发动机切换控制技术应用在高度复杂的运行环境,具有动态特性。涡扇发动机作为现代航空器的核心动力装置,其性能直接影响到飞机的安全、可靠和高效运行。由于航空涡扇发动机的动态具有高度非线性,且运行在充满限制和不确定性的环境中,传统单一的发动机控制系统难以满足其在各种工况下的需求。

    2、发动机切换控制技术的引入,能够针对发动机不同工作模态下的动态差异,实现更加精确和灵活的发动机调节。这不仅能够提升发动机的推力响应能力和运行稳定性,还能在保证安全性的同时,优化燃油消耗,提高飞行效率。因此,设计一个实用的切换机制,并且在设计的切换机制下实现不同模态之间性能的平滑过渡,减小控制器之间的切换扰动,是当前航空涡扇发动机控制系统研究中亟需解决的问题。


    技术实现思路

    1、为解决上述背景技术中存在的技术问题,本发明提供了一种航空涡扇发动机切换控制方法、系统和设备。

    2、本发明一种航空涡扇发动机切换控制方法包括;

    3、s1、根据飞行器动力学模型,建立适用于飞行器巡航的航空涡扇发动机切换控制系统;

    4、s2、基于航空涡扇发动机切换控制系统的状态,构建依赖于状态的切换机制,从当前航空涡扇发动机运行的子系统切换至能量最低的子系统;

    5、s3、基于航空涡扇发动机切换控制系统的状态,引入无扰切换性能指标,得到无扰切换机制;

    6、s4、基于依赖于状态的切换机制和无扰切换机制,确定事件触发采样机制;

    7、s5、基于无扰切换机制和事件触发采样机制,得到无扰切换事件触发控制方案;

    8、s6、根据依赖于状态的切换机制和无扰切换事件触发控制方案,确定无扰切换事件触发控制器参数。

    9、s1中建立适用于飞行器巡航的航空涡扇发动机切换控制系统,具体为;

    10、,

    11、其中,表示航空涡扇发动机切换控制系统状态,是发动机切换控制器,和是给定的常数矩阵,

    12、是一个切换函数,

    13、 k是一个正整数集, d为子系统的个数,切换函数用于指派子系统的激活状态, t是切换时刻。

    14、s2中依赖于状态的切换机制具体为;

    15、,

    16、,

    17、其中,表示航空涡扇发动机切换控制系统状态,是所有子系统的集合, i和 j分别表示第 i和第 j个子系统,  是第 i个子系统的李雅普诺夫函数,是第 j个子系统的李雅普诺夫函数,表示使子系统 i激活的航空涡扇发动机切换控制系统状态的域,指满足子系统 i激活的域和满足子系统 j激活的域二者相交的部分,

    18、在 t时刻时,若处于的内部,并且在此时刻之前子系统 i激活,则子系统处于运行状态;

    19、在 t时刻时,若处于的边界,并且在此时刻之前子系统激活,则子系统处于运行状态。

    20、s3中无扰切换机制,具体为;

    21、,

    22、其中,是无扰切换性能指标,是发动机切换控制器的虚拟控制信号,表示航空涡扇发动机切换控制系统状态,是发动机切换控制器。

    23、s4中事件触发采样机制,具体为;

    24、定义为触发采样序列,为触发采样时刻,

    25、其中, n是实数集,当前触发采样时刻小于下一个触发采样时刻,并且下一个触发采样时刻为;

    26、,

    27、其中,是航空涡扇发动机切换控制系统状态采样误差;,为给定时间间隔;,为事件触发阈值;是一个权重系数,和是调节参数,为 i或 j, i和 j分别表示第 i和第 j个子系统,是无扰切换性能指标, t是切换时刻。

    28、s5中无扰切换事件触发控制方案,具体为;

    29、基于事件触发采样机制,计算得到状态采样值,则事件触发切换控制器为,

    30、,

    31、其中,表示最后一次传输的状态值,为触发采样时刻,为下一个触发采样时刻,为时刻的航空涡扇发动机切换控制器,是待设计的控制器增益,是发动机切换控制器, t是切换时刻。

    32、s6中所述无扰切换事件触发控制器参数具体确定方法为,

    33、当时,定义,,

    34、其中, i表示第 i个子系统,和是给定的常数矩阵,使得以下不等式成立;

    35、,

    36、,

    37、,

    38、,

    39、,

    40、其中,为预设的单位矩阵,常数,,是调节参数,矩阵、、、是调节矩阵,矩阵、、、、是正定调节矩阵,为常数,矩阵是虚拟控制增益矩阵,是对角矩阵,、、是约束条件的矩阵形式,为矩阵的简化表示,、、、为约束参数。

    41、无扰切换事件触发控制器参数具体获得方法为;

    42、,

    43、,

    44、,

    45、,

    46、,

    47、,

    48、,

    49、,

    50、,

    51、,

    52、,

    53、,

    54、,

    55、,

    56、,

    57、,

    58、,

    59、,

    60、,

    61、,

    62、,

    63、其中,、、是不同方向单位矩阵,是矩阵的简化表示,是矩阵的简化表示,是参数,、、表示方向,是子系统个数,是正定调节矩阵;常数、、、、、是调节参数;标量表示从模态 i切换到模态转移速率的二分之一次方;表示正定矩阵,,、为正定调节矩阵。

    64、本发明一种航空涡扇发动机切换控制系统,包括;

    65、发动机切换控制系统建立模块,根据飞行器动力学模型,建立一种适用于飞行器巡航的航空涡扇发动机切换控制系统;

    66、依赖于状态的切换模块,在航空涡扇发动机切换控制系统状态中进行划分,确定一种依赖于状态的切换机制,从当前航空涡扇发动机运行的子系统切换至能量最低的子系统;

    67、无扰切换模块,在航空涡扇发动机切换控制系统状态中,引入无扰切换性能指标,得到无扰切换机制,减小发动机切换控制时产生的扰动;

    68、事件触发采样模块,基于依赖于状态的切换机制和无扰切换机制,确定事件触发采样机制;

    69、无扰切换事件触发控制模块,基于无扰切换机制和事件触发采样机制,得到无扰切换事件触发控制方案;

    70、无扰切换事件触发控制器参数获得模块,根据依赖于状态的切换机制和无扰切换事件触发控制方案,确定无扰切换事件触发控制器参数。

    71、本发明一种航空涡扇发动机切换控制设备,包括处理器和存储器,处理器执行保存的计算机程序时,实现上述一种航空涡扇发动机切换控制方法中的步骤。

    72、通过上述设计,本发明的有益效果在于:发动机切换控制技术的引入,能够针对发动机不同状态下的动态差异,实现更加精确和灵活的发动机控制;

    73、提升发动机的推力响应能力和运行稳定性,还能在保证安全性的同时,优化燃油消耗,提高飞行效率;

    74、在设计的切换机制下实现发动机不同状态之间性能的平滑过渡,减小控制器之间的切换扰动。


    技术特征:

    1.一种航空涡扇发动机切换控制方法,其特征在于,所述方法包括:

    2.根据权利要求1所述的一种航空涡扇发动机切换控制方法,其特征在于,所述s1中建立适用于飞行器巡航的航空涡扇发动机切换控制系统,具体为;

    3.根据权利要求1所述的一种航空涡扇发动机切换控制方法,其特征在于,所述s2中依赖于状态的切换机制具体为;

    4.根据权利要求1所述的一种航空涡扇发动机切换控制方法,其特征在于,所述s3中无扰切换机制,具体为;

    5.根据权利要求1所述的一种航空涡扇发动机切换控制方法,其特征在于,所述s4中事件触发采样机制,具体为;

    6.根据权利要求1所述的一种航空涡扇发动机切换控制方法,其特征在于,所述s5中无扰切换事件触发控制方案,具体为;

    7.根据权利要求1所述的一种航空涡扇发动机切换控制方法,其特征在于,s6中所述无扰切换事件触发控制器参数具体确定方法为,

    8.根据权利要求7所述的一种航空涡扇发动机切换控制方法,其特征在于,无扰切换事件触发控制器参数具体获得方法为;

    9.一种航空涡扇发动机切换控制系统,其特征在于,所述系统包括:

    10.一种航空涡扇发动机切换控制设备,其特征在于,包括处理器和存储器,所述处理器执行保存的计算机程序时,实现如权利要求1-8任一项所述的一种航空涡扇发动机切换控制方法。


    技术总结
    本发明涉及涡扇发动机的技术领域,具体为一种航空涡扇发动机切换控制方法、系统和设备。该方法包括:建立适用于飞行器巡航的航空涡扇发动机切换控制系统;基于航空涡扇发动机切换控制系统的状态,构建依赖于状态的切换机制;基于航空涡扇发动机切换控制系统的状态,引入无扰切换性能指标,得到无扰切换机制;基于依赖于状态的切换机制和无扰切换机制,确定事件触发采样机制;基于无扰切换机制和事件触发采样机制,得到无扰切换事件触发控制方案;根据依赖于状态的切换机制和无扰切换事件触发控制方案,确定无扰切换事件触发控制器参数,本发明能够改善切换控制机制的暂态性能,有效降低通讯信道中信息量的大小,节约系统资源。

    技术研发人员:杨东,宋帅鑫,侯林林,孙海滨,齐文海,龙离军
    受保护的技术使用者:曲阜师范大学
    技术研发日:
    技术公布日:2024/11/26
    转载请注明原文地址:https://tc.8miu.com/read-26246.html

    最新回复(0)