[发明专利]基于ISQP的航空发动机最低油耗控制优化方法

说明书

本发明提出一种基于ISQP的航空发动机最低油耗控制优化方法，根据航空发动机的特点，对序列二次规划算法进行了改进，通过设计一个新的Armijio型曲线搜索和构造新的修正方向，弥补了传统强次可行序列二次规划方法中的缺陷，构造新的修正方向能够克服Marotos效应，保证快速收敛到最优解。将改进序列二次规划算法用于最低油耗控制模式寻优，输出最优控制变量给航空发动机。本发明可以在保证发动机安全工作的前提下，实现发动机推力保持不变并降低耗油率，提高飞机的飞行距离。

技术领域

本发明涉及航空发动机控制技术领域，尤其涉及一种基于ISQP的航空发动机最低油耗控制优化方法。

背景技术

航空发动机是飞机的心脏，是衡量一个国家航空事业发展水平的重要指标之一，因此对强化动力系统的研究对提升国家航空技术整体水平具有重要意义。由于航空发 动机的工作过程复杂多变，且具有强非线性、多控制变量、时变、复杂的结构特点， 因此，对发动机控制问题的研究比一般控制系统更为困难。

目前航空发动机控制的特点向精细化、模块化、综合化发展，现在的发动机控制已经不是控制模块基础上的简单综合，而是更加强调控制系统结构与功能的优化与提 升。提高发动机性能的一个主要途径是发动机性能寻优控制。发动机性能寻优控制是 指为了使发动机的性能指标达到最优，更进一步挖掘发动机的性能潜力，在发动机安 全工作的前提下，在控制硬件可承受的范围内，对现有或新型发动机的性能进行优化。 因此，提升我国航空发动机整体性能水平以及掌握世界先进航空发动机控制技术的关 键在于研究先进的发动机性能寻优控制模式和控制方法。

同时，制空权在现代战争中扮演着至关重要的角色，掌握制空权就把握住了战争胜负的关键。随着科技的高速发展，现代空战对战斗机提出了更高的要求，这些要求 主要体现在飞行包线的更加宽广、作战半径的扩大、机动性及灵活性的提高、推重比 的增加、油耗的降低、短距离的起动、可靠性和可操作性的提升等方面。发动机的最 低油耗控制模式的目的是在保证发动机安全工作的前提下，保证发动机推力不变，降 低发动机的耗油率，提高飞机的作战半径。

国内外在发动机最低油耗寻优控制的研究虽然取得了一定成果，但也存在许多尚未解决的技术难题或待改进之处。难点在于寻找既有较强的全局收敛能力，又能较快 收敛的优化算法。比如，序列二次规划算法具有超线性收敛速度，迭代次数少，但是 基本序列二次规划算法对初值敏感，易陷入局部最优解，不适宜应用于复杂的航空发 动机性能寻优中。

发明内容

为解决现有技术存在的问题，本发明提出一种基于ISQP的航空发动机最低油耗控制优化方法，对序列二次规划法进行改进，并将改进的序列二次规划算法应用于发 动机最低油耗寻优控制模式中，在保证发动机安全工作的前提下，保证发动机推力不 变，降低发动机的耗油率，提高飞机的飞行距离。

本发明的技术方案为：

首先建立航空发动机的非线性数学模型，然后以改进序列二次规划算法来进行发动机最低油耗寻优控制，以实现某型航空涡扇发动机在保持推力不变的情况下耗油率 最低。

所述一种基于ISQP的航空发动机最低油耗控制优化方法，其特征在于：第一步 建立航空发动机的非线性数学模型；第二步确定最低油耗控制模式的目标函数和约束 函数；第三步以改进序列二次规划算法优化计算；第四步输出最优控制变量给航空发 动机。

所述改进序列二次规划算法是一种新的强次可行序列二次规划算法，该改进算法通过设计一个新的Armijio型曲线搜索和构造新的修正方向，弥补了传统强次可行序 列二次规划方法中的缺陷。构造新的修正方向能够克服Marotos效应，保证快速收敛 到最优解。

所述航空发动机的非线性数学模型为

y＝f(x)