变旋翼转速直升机-涡轴发动机综合控制方法及装置.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN109896026A(43)申请公布日2019.06.18(21)申请号201910215847.4(22)申请日2019.03.21(71)申请人南京航空航天大学地址210000江苏省南京市江宁区将军大道29号(72)发明人汪勇郑前钢席志华高远张海波(74)专利代理机构北京德崇智捷知识产权代理有限公司11467代理人杨楠(51)Int.Cl.B64D31/00(2006.01)G06F17/50(2006.01)权利要求书2页说明书7页附图6页(54)发明名称变旋翼转速直升机-涡轴发动机综合控制方法及装置(57)摘要本发明公开了一种变旋翼转速直升机-涡轴发动机综合控制方法。该方法在综合考虑转速控制指标与经变传动比传动机构扭矩匹配的转子动力学特性的基础上，对涡轴发动机的燃油流量进行在线优化，可在满足压气机转速、发动机静强度等限制条件下，显著减小变旋翼转速过程中动力涡轮转速超调与下垂量，实现涡轴发动机的快速响应控制的同时，有利于改善发动机使用寿命。本发明还公开了一种变旋翼转速直升机-涡轴发动机综合控制装置。本发明可在满足压气机转速、发动机静强度等限制条件下，显著减小变旋翼转速过程中动力涡轮转速超调与下垂量，实现涡轴发动机的快速响应控制的同时，有利于改善发动机使用寿命。CN109896026ACN109896026A权利要求书1/2页1.一种变旋翼转速直升机-涡轴发动机综合控制方法，所述变旋翼转速直升机的旋翼与涡轴发动机之间通过变传动比传动机构连接，其特征在于，通过对以下优化模型进行求解来在线控制涡轴发动机的燃油流量Wfb：其中，H、νc、θ0、ΩMR、Tr分别为飞行高度、前飞速度、旋翼总距、旋翼转速、旋翼需求扭矩；Wfb,、Nc、Np、T41、Te分别表示燃油流量、压气机相对转速、动力涡轮相对转速、涡轮前温度、发动机输出扭矩，为Np对应的物理转速，rd为动力涡轮相对转速真实指令，下标min、max分别表示最小值、最大值，下标ds表示发动机设计点，k表示当前采样时刻，Δ为当前时刻数值相对于前一时刻的变化量，i为计数器，ωi(i＝1,2,3)为权系数。2.如权利要求1所述综合控制方法，其特征在于，通过一种可实时模拟旋翼转速与负载动态特性的直升机旋翼预测模型来对旋翼转速与旋翼需求扭矩进行预测；所述直升机旋翼预测模型是以历史时刻的旋翼总距、旋翼转速、旋翼需求扭矩、飞行高度、前飞速度以及当前时刻的旋翼总距为输入量，以旋翼转速与旋翼需求扭矩为输出量，通过采用神经网络进行离线训练得到。3.如权利要求1所述综合控制方法，其特征在于，通过一种基于状态空间模型的涡轴发动机预测模型来对涡轴发动机的动力涡轮相对转速和发动机输出扭矩进行预测；所述涡轴发动机预测模型是以燃油流量为输入，以压气机相对转速、动力涡轮相对转速、涡轮前温度以及发动机输出扭矩为状态量，以动力涡轮相对转速和发动机输出扭矩作为输出量，所构建的状态空间模型。4.如权利要求3所述综合控制方法，其特征在于，还包括：以涡轴发动机动力涡轮相对转速与涡轴发动机预测模型的动力涡轮相对转速预测值之差作为反馈对动力涡轮相对转速参考指令进行在线修正的环节。5.如权利要求1～4任一项所述综合控制方法，其特征在于，使用序列二次优化算法求解所述优化模型。6.一种变旋翼转速直升机-涡轴发动机综合控制装置，所述变旋翼转速直升机的旋翼与涡轴发动机之间通过变传动比传动机构连接，其特征在于，该控制装置包括在线优化单元，用于通过对以下优化模型进行求解来在线控制涡轴发动机的燃油流量Wfb：2CN109896026A权利要求书2/2页其中，H、νc、θ0、ΩMR、Tr分别为飞行高度、前飞速度、旋翼总距、旋翼转速、旋翼需求扭矩；Wfb,、Nc、Np、T41、Te分别表示燃油流量、压气机相对转速、动力涡轮相对转速、涡轮前温度、发动机输出扭矩，为Np对应的物理转速，rd为动力涡轮相对转速真实指令，下标min、max分别表示最小值、最大值，下标ds表示发动机设计点，k表示当前采样时刻，Δ为当前时刻数值相对于前一时刻的变化量，i为计数器，ωi(i＝1,2,3)为权系数。7.如权利要求6所述综合控制装置，其特征在于，还包括一种可实时模拟旋翼转速与负载动态特性的直升机旋翼预测模型，用于对旋翼转速与旋翼需求扭矩进行预测；所述直升机旋翼预测模型是以历史时刻的旋翼总距、旋翼转速、旋翼需求扭矩、飞行高度、前飞速度以及当前时刻的旋翼总距为输入量，以旋翼转速与旋翼需求扭矩为输出量，通过采用神经网络进行离线训练得到。8.如权利要求6所述综合控制装置，其特征在于，还包括一种基于状态空间模型的涡轴发动机预测模型，用于对涡轴发动机的动力涡轮相对转速和发动机输出扭矩进行预测；所述涡轴发动