[发明专利]涡轴发动机双发扭矩匹配控制方法及装置

说明书

本发明公开了一种涡轴发动机双发扭矩匹配控制方法，通过对双发动机的燃油流量进行实时优化来实现涡轴发动机双发扭矩匹配控制，该方法除了考虑转速控制指标外，还在目标函数中引入两台发动机的输出扭矩之差作为惩罚项。不仅能适用于不同飞行条件下涡轴发动机动力涡轮转速闭环控制，在有效减小直升机机动飞行时动力涡轮转速超调与下垂量，实现涡轴发动机快速响应控制的同时，缩短双发扭矩匹配的时间，完成快速扭矩匹配控制。本发明还公开了一种涡轴发动机双发扭矩匹配控制装置。本发明可在有效减小直升机机动飞行时动力涡轮转速超调与下垂量，实现涡轴发动机快速响应控制的同时，缩短双发扭矩匹配的时间，完成快速扭矩匹配控制。

技术领域

本发明涉及一种涡轴发动机双发扭矩匹配控制方法，属于航空宇航推进理论与工程中的系统控制与仿真技术领域。

背景技术

自20世纪90年代以来，直升机电子系统朝着高度综合化的方向发展。而现代武装直升机的作战环境日益严峻，提高攻击力和机动能力已成为直升机提高自身生存力所追求的目标。涡轴发动机因具有更高的功率储备以及更宽广的飞行包线(参见文献[一种涡轴发动机系统应急状态快速响应控制方法])，成为现代直升机动力装置的不二选择。由于旋翼负载的要求，直升机往往配置两台或多台涡轴发动机并列运行。然而即使是同一型号的发动机，由于制造误差及使用中不同程度的性能退化，每台发动机的性能也并不完全相同，因此，在双发乃至多发共同驱动同一直升机的情况下，常规的基于PI控制器的串级双回路控制结构无法保证每台发动机在同一时刻输出的功率相同，这使得直升机的操纵变得不稳定(参见文献[NASA Glenn research in controls and diagnostics for intelligentaerospace propulsion systems[M]])。此时，需要发动机控制系统能够通过匹配控制策略实现负载的平均分担。

多发匹配策略需均衡传动系统寿命、发动机寿命、单个发动机性能退化等因素，因此如何更有效地实现双发乃至多发匹配控制一直是直升机界的一大难题，与此同时也引起了一些学者的关注。Gaulmin F X设计了一种燃油测量系统并提出了一种双发功率匹配方法。该方法将两台发动机的限制边界转化成功率边界，通过比较两者的功率边界值进而加速具有较大功率裕度的发动机，以匹配两台发动机间的功率(参见文献[Balancing thepower of two turboshaft engines of an aircraft[P]])。Shi R建立了三发匹配下直升机旋翼综合模型，提出了单边、双边扭矩匹配方法。双边匹配可同时改变两台发动机的燃油流量，消除两台发动机的输出扭矩之差，从而尽快实现扭矩匹配。数值仿真结果表明：双边匹配比单边匹配稳定时间更短(参见文献[Integrated model and matching control ofturbo shaft triple engines with helicopter rotor[C]])。杨超为了应对多发驱动直升机时，单个发动机性能衰退所引发的输出功率不平衡问题(参见文献[[涡轴发动机双回路PI控制器多发功率匹配[J]]])。将常规串级PID控制回路的外回路改为直接功率控制回路，结合旋翼需求功率机载模型，构建了涡轴发动机多发功率平衡匹配控制系统，可使性能衰退程度不同的2台发动机输出相同的功率。