涡轴发动机双发扭矩匹配控制方法及装置.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CN109854389A(43)申请公布日2019.06.07(21)申请号201910215537.2(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)发明人汪勇符大伟彭晔榕郑前钢张海波(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.F02C9/00(2006.01)F01D21/00(2006.01)G06N3/08(2006.01)权利要求书2页说明书7页附图8页(54)发明名称涡轴发动机双发扭矩匹配控制方法及装置(57)摘要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。CN109854389ACN109854389A权利要求书1/2页1.涡轴发动机双发扭矩匹配控制方法，其特征在于，通过对以下优化模型进行求解来获得两台涡轴发动机A、B的燃油流量Wfb,A、Wfb,B：其中，下标A、B分别表示涡轴发动机A、B，下标min、max分别表示最小值、最大值，TQe、Wfb、pnc、T41分别为涡轴发动机的输出扭矩、燃油流量、燃气涡轮转速与涡轮前温度，H、νc分别为飞行高度与前飞速度；pnp为动力涡轮相对转速，TQr为旋翼需求扭矩，NT为直升机旋翼到动力涡轮物理转速的传动比，ω1、ω2为权系数，μ为罚因子，ε为阈值，P为预测时域，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；sat函数定义为2.如权利要求1所述涡轴发动机双发扭矩匹配控制方法，其特征在于，通过具有双发动态耦合特性模拟功能的双涡轴发动机机载模型来对A、B两台涡轴发动机的燃气涡轮转速、涡轮前温度、输出扭矩、动力涡轮相对转速、旋翼需求扭矩进行预测；所述双涡轴发动机机载模型是以当前时刻两台涡轴发动机的燃气涡轮转速、涡轮前温度、输出扭矩、动力涡轮相对转速、旋翼需求扭矩为输出，以历史时刻两台涡轴发动机的飞行高度、前飞速度、燃油流量、燃气涡轮转速、涡轮前温度、输出扭矩、旋翼需求扭矩、动力涡轮相对转速以及当前时刻的飞行高度、前飞速度、燃油流量作为输入，通过采用神经网络离线训练得到。3.如权利要求2所述涡轴发动机双发扭矩匹配控制方法，其特征在于，所述神经网络为最小批量梯度下降法神经网络。4.如权利要求2所述涡轴发动机双发扭矩匹配控制方法，其特征在于，所述双涡轴发动机机载模型的输入中的涡轮前温度，根据实测的动力涡轮相对转速、旋翼需求扭矩以及双涡轴发动机机载模型所对应的预测值，通过使用无迹卡尔曼滤波器在线估计得到。5.如权利要求1～4任一项所述涡轴发动机双发扭矩匹配控制方法，其特征在于，使用序列二次优化算法求解所述优化模型。6.涡轴发动机双发扭矩匹配控制装置，其特征在于，包括在线优化单元，用于通过对以下优化模型进行求解来获得两台涡轴发动机A、B的燃油流量Wfb,A、Wfb,B：2CN109854389A权利要求书2/2页其中，下标A、B分别表示涡轴发动机A、B，下标min、max分别表示最小值、最大值，TQe、Wfb、pnc、T41分别为涡轴发动机的输出扭矩、燃油流量、燃气涡轮转速与涡轮前温度，H、νc分别为飞行高度与前飞速度；pnp为动力涡轮相对转速，TQr为旋翼需求扭矩，NT为直升机旋翼到动力涡轮物理转速的传动比ω1、ω2为权系数，μ为罚因子，ε为阈值，P为预测时域，k表示当前采样时刻，Δ为当前时刻相对于前一时刻的变化量，i为计数器；sat函数定义为7.如权利要求6所述涡轴发动机双发扭矩匹配控制装置，其特征在于，还包括具有双发动态耦合特性模拟功能的双涡轴发动机机载模型，用于对A、B两台涡轴发动机的燃气涡轮转速、涡轮前温度、输出扭矩、动力涡轮相对转速、旋翼需求扭矩进行预测；所述双涡轴发动机机载模型是以当前时刻两台涡轴发动机的燃气涡轮转速、涡轮前温度、输出扭矩、动力涡轮相对转速、旋翼需求扭矩为输出，以历史时刻两台涡轴发动机的飞行高度、前飞速度、燃油流量、燃气涡轮转速、涡轮前温度、输出扭矩、旋翼需求扭矩、动力涡轮相对转速以及当前时刻的飞行高度、前飞速度