[发明专利]自适应循环航空发动机模式转换过程控制规律设计方法

权利要求书

1.一种自适应循环航空发动机模式转换过程控制规律设计方法，其特征在于，

将模式转换过程简化为两个重要工况：模式选择阀状态切换前为模式转换前临界点，模式选择阀状态切换后为模式转换后临界点；

所述两个重要工况将模式转换过程分为三个阶段，即模式转换起点至模式转换前临界点为模式转换前调整阶段、模式转换前临界点至模式转换后临界点为模式转换中间阶段、模式转换后临界点至模式转换终止点为模式转换后调整阶段，

具体地，所述设计方法包括以下步骤：

S1：设定自适应循环航空发动机模式转换起始点和终止点的工况参数及控制规律，输入发动机部件级性能仿真模型计算，得到发动机起始点和终止点的性能；给定模式转换过程中发动机性能需要满足的约束条件；

S2：检验步骤S1得到的发动机模式转换起始点和终止点的性能是否满足模式转换过程的约束条件：若不满足约束条件，则输出提示“需要更改模式转换起始点和/或终止点的工况和/或控制规律”，结束设计过程；若满足约束条件，则转入步骤S3，进行模式转换前临界点控制规律设计；

S3：利用粒子群优化算法开展模式转换前临界点可调部件的控制规律设计，优化目标是降低模式转换前临界点和模式转换终止点之间的差异，降低模式转换阀门状态切换瞬间推力的变化以保障模式转换平稳进行，同时满足模式转换过程的约束条件；

S4：切换模式转换阀门的开关状态，再计算发动机性能，检验发动机性能是否满足模式转换过程的约束条件：若满足条件，则得到模式转换后临界点的控制规律，转入步骤S6进行模式转换前调整阶段和后调整阶段的控制规律设计；若不满足，则转入步骤S5；

S5：利用敏感性分析求解模式转换后临界点的控制规律，针对未满足的模式转换过程的约束条件开展敏感性分析，分析可调部件调节对于约束条件的影响，按影响程度依次调节可调部件，直至满足模式转换过程的约束条件，即得到模式转换后临界点的控制规律；

S6：基于步骤S3获得的模式转换前临界点控制规律结合模式转换起始点控制规律，利用线性插值得到模式转换前调整阶段的控制规律；基于步骤S4或步骤S5获得的模式转换后临界点控制规律结合模式转换终止点控制规律，利用线性插值得到模式转换后调整阶段的控制规律；

S7：输出模式转换过程的控制规律设计结果；

所述步骤S5的具体过程为：

敏感性分析是通过计算变量单位变化量引起的函数变化量评估的，约束条件对可调部件的敏感性分析计算如式(7)所示：

其中，Sen_r,s代表第r个约束条件对第s个可调部件的敏感性，Res_r,0代表第s个可调部件调节后第r个约束条件的取值，Res_r,ori代表第s个可调部件调节前第r个约束条件的取值，代表第s个可调部件的归一化调节量；

利用敏感性分析选定了可调部件后，利用二分法求取可调部件的取值，具体步骤为：

S5-1：根据给定步长调节可调部件，直至首次满足模式转换过程约束条件，得到由“当前可调部件取值”和“可调部件前一点取值”组成的区间，记作[a,b]；

S5-2：可调部件取值为a时满足约束条件，则转到步骤S5-3；否则，转到步骤S5-4；

S5-3：将可调部件取值置为(a+b)/2，代入发动机部件级仿真模型求解发动机性能；

发动机性能满足约束条件，则置a＝(a+b)/2，得到新的区间[a,b]，并转入步骤S5-5；

发动机性能不满足约束条件，则置b＝(a+b)/2，得到新的区间[a,b]，并转入步骤S5-5；

S5-4：将可调部件取值置为(a+b)/2，代入发动机部件级仿真模型求解发动机性能；

发动机性能满足约束条件，则置b＝(a+b)/2，得到新的区间[a,b]，并转入步骤S5-5；

发动机性能不满足约束条件，则置a＝(a+b)/2，得到新的区间[a,b]，并转入步骤S5-5；

S5-5：检验新区间[a,b]宽度是否满足迭代精度要求；

满足精度，则转到步骤S5-6，输出模式转换后临界点的控制规律；

不满足精度要求，则转到步骤S5-2继续迭代；

S5-6：可调部件取值为a时满足约束条件，则以a的取值作为该可调部件在模式转换后临界点的取值；否则，以b的取值作为该可调部件在模式转换后临界点的取值；当满足所有约束条件时，即获得模式转换后临界点的控制规律；

所述步骤S6的具体过程为：

预先设定插值点数，利用式(8)计算插值步长，利用式(9)得到插值点的可调部件取值；

VG^(q)＝(VG_1,start+q·ΔVG₁,VG_2,start+q·ΔVG₂,…,VG_n,start+q·ΔVG_n) (9)

其中，△VG_k代表第k个可调部件的插值步长，k＝1,2,…n；VG_k,start代表第k个可调部件的插值起始点取值，VG_k,end代表第k个可调部件的插值终止点取值，num代表插值点个数；VG^(q)代表第q个插值点的可调部件取值；具体地，VG_1,start代表第1个可调部件的插值起始点取值，△VG₁代表第1个可调部件的插值步长；VG_2,start代表第2个可调部件的插值起始点取值，△VG₂代表第2个可调部件的插值步长；VG_n,start代表第n个可调部件的插值起始点取值，△VG_n代表第n个可调部件的插值步长；

在利用线性插值求解模式转换前调整阶段和后调整阶段的控制规律过程中，不满足模式转换过程的约束条件时，则采用与模式转换后临界点控制规律设计相同的方法：先通过敏感性分析方法找到对模式转换过程的约束调节影响最大的可调部件，优先调节此类可调部件，利用二分法求解可调部件的控制规律，直至满足所有约束条件，最终实现模式转换过程平稳进行。