涡轴发动机最优加速控制研究

【摘要】： 本文研究了某型航空涡轴发动机的数学模型，进行了性能仿真。在了解原型发动机数学模型和控制规律的基础上，对涡轴发动机加速过程的最优控制问题进行了研究。最优化方法采用了当今求解光滑的非线性规划问题的最优秀算法之一的序列二次规划法。 在寻优控制研究中，充分考虑了真实发动机在工作过程中客观存在的各种性能和部件约束。其中包括：压气机喘振裕度限制，最高燃气温度限制，燃气发生器最高转速限制，动力涡轮最高转速限制，最大扭矩限制，燃烧富油熄火，贫油熄火限制等，另外还要考虑到工程实际中控制作用量的变化速率和变化幅度限制等约束条件。在Power Station 4.0平台上用FORTRAN语言编制了寻优控制算法程序和发动机仿真主程序，对涡轴发动机加速过程进行了单目标单变量、双目标单变量最优控制研究。 研究结果表明，序列二次规划法应用于航空涡轴发动机最优加速控制是可行的，加速过程寻优控制规律正确，而且，与传统的PID控制结果相比，在各项约束的范围内，在保证发动机安全的前提下，能缩短加速时间，进而改善了发动机的动态性能，达到了进一步发挥发动机性能潜力、提高直升机机动性品质的目的。