基于数学规划的涡扇发动机最优控制方法研究
发布时间：2021-05-31 18:37
随着现代科学技术的不断发展和生产要求的不断提高,在国防、航空、航天等诸多领域,最优控制理论的应用变得日趋广泛,它逐渐成为现代控制理论的核心。民用航空发动机最优控制问题是对航空发动机系统,通过选择合适的最优控制方法,使其某些性能指标达到最优。本文围绕航空发动机最优控制方法这一主题,重点研究求解最优控制问题方法中的线性二次型最优控制（LQR）方法和序列二次型规划（SQP）算法。主要的研究内容如下:首先,在涡扇发动机稳态或者小偏离状态下,利用部件级模型得到发动机巡航点处的状态变量模型,针对LQR法的核心问题,即Q、R系数矩阵的选取问题,提出了基于GA-PSO混合算法优化的LQR控制策略。结果表明,提出的GA-PSO混合算法实现了对LQR调节系统和跟踪系统的优化,输出的涡扇发动机低压转子转速曲线能有效且快速地收敛,曲线的上升时间、调节时间和超调量等性能指标得到了优化。且相较于遗传算法（GA算法）,利用GA-PSO算法来优化涡扇发动机LQR控制策略,能有效地减少寻优迭代次数,减少计算耗时。其次,为了研究适应度函数的选择是否对GA-PSO算法优化LQR控制策略存在影响,提出了3种不同的适应度函数并...
【文章来源】：中国民航大学天津市
【文章页数】：78 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
最优控制问题示意图
中国民航大学硕士学位论文8进行研究，通过仿真研究了Q、R加权矩阵对于状态调节系统、跟踪系统效果的影响。利用GA-PSO算法对Q、R系数矩阵进行优化，从而得到最优状态调节系统和跟踪系统。选取3种函数作为GA-PSO算法优化LQR的适应度函数以研究适应度函数对于GA-PSO算法优化LQR控制器的影响，选取最适合的适应度函数。第四章：提出GA-SQP的最优控制方法进行研究，将GA-SQP算法用于发动机加减速最优控制，对加减速结果进行分析，并与单纯的SQP算法进行比较。第五章：总结本论文的研究内容，对论文以后可行的研究进行展望。本论文的总体安排结构图如图1-2所示。图1-2论文的总体结构
中国民航大学硕士学位论文9第二章涡扇发动机模型建立发动机建模是研究最优控制的基础，本章在实验室涡扇发动机稳态模型基础上，通过调整修正效率值，以达到优化的目的，在稳态模型的基础上得到动态模型，利用拟合法求出巡航阶段状态空间模型。2.1涡扇发动机部件级建模研究涡扇发动机最优控制方法的前提是建立合适准确的发动机模型，建立发动机模型主要有解析法和试验法[41]。解析法能获得较高精度模型，因此被普遍采用。本节对实验室稳态模型进行改进、建立动态模型，并进行验证。2.1.1实验室发动机模型假设实验室的某型民用大涵道比涡扇发动机部件级模型如图2-1所示。图2-1大涵道比民用涡扇发动机结构图[42]因为发动机的强非线性，本文做出以下假设[43]：（1）忽略雷诺数带来的影响；（2）忽略燃烧延迟带来的影响；
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于SQCQP算法的变循环发动机性能寻优控制[J]. 聂友伟,李秋红,王元,顾书文. 北京航空航天大学学报. 2017(12)
[2]民用涡扇发动机多变量增广LQR控制器设计[J]. 王骥超,郭迎清. 航空计算技术. 2014(05)
[3]中国数学规划学科发展概述[J]. The Mathematical Programming Branch of Operations Research Society of China;. 运筹学学报. 2014(01)
[4]自适应动态规划综述[J]. 张化光,张欣,罗艳红,杨珺. 自动化学报. 2013(04)
[5]基于序列二次规划法优化无人机飞行性能[J]. 陈晓,王新民,周健. 计算机仿真. 2012(12)
[6]航空发动机过渡态最优控制规律设计的新方法[J]. 陆军,郭迎清,王磊. 航空动力学报. 2012(08)
[7]基于SVM辨识的涡扇发动机全包线稳态控制方法[J]. 刘建勋,李罡,吕孟军,尉询凯. 航空动力学报. 2012(07)
[8]航空发动机线性二次型最优控制[J]. 刘海堂,吕伟,喻鸣,毛宁. 科学技术与工程. 2012(18)
[9]钱学森“工程控制论”的创立及其启示[J]. 杜勇,化存才. 牡丹江大学学报. 2012(03)
[10]基于SQP的航空发动机加速规律优化方法[J]. 赵琳,樊丁. 推进技术. 2010(02)
博士论文
[1]控制变量参数化最优控制问题计算方法研究[D]. 刘平.浙江大学 2017
[2]航空发动机及控制系统建模与面向对象的仿真研究[D]. 周文祥.南京航空航天大学 2006
硕士论文
[1]涡扇发动机部件级建模与起动控制技术研究[D]. 姜波.南京航空航天大学 2018
[2]微运载上面级飞轮和推力矢量喷管联合姿态控制方法研究[D]. 胡铖.国防科学技术大学 2016
[3]基于SQP方法的航空发动机过渡态最优控制研究[D]. 胡欢.南京航空航天大学 2015
[4]航空发动机双转子振动故障模拟试验台设计[D]. 李志鹏.华中科技大学 2015
[5]序列二次规划法在航空发动机加力过程最优控制中的应用研究[D]. 高光良.西北工业大学 2005
[6]涡轴发动机最优加速控制研究[D]. 郭腊梅.西北工业大学 2003
本文编号：3208759
【文章来源】：中国民航大学天津市
【文章页数】：78 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
最优控制问题示意图
中国民航大学硕士学位论文8进行研究，通过仿真研究了Q、R加权矩阵对于状态调节系统、跟踪系统效果的影响。利用GA-PSO算法对Q、R系数矩阵进行优化，从而得到最优状态调节系统和跟踪系统。选取3种函数作为GA-PSO算法优化LQR的适应度函数以研究适应度函数对于GA-PSO算法优化LQR控制器的影响，选取最适合的适应度函数。第四章：提出GA-SQP的最优控制方法进行研究，将GA-SQP算法用于发动机加减速最优控制，对加减速结果进行分析，并与单纯的SQP算法进行比较。第五章：总结本论文的研究内容，对论文以后可行的研究进行展望。本论文的总体安排结构图如图1-2所示。图1-2论文的总体结构
中国民航大学硕士学位论文9第二章涡扇发动机模型建立发动机建模是研究最优控制的基础，本章在实验室涡扇发动机稳态模型基础上，通过调整修正效率值，以达到优化的目的，在稳态模型的基础上得到动态模型，利用拟合法求出巡航阶段状态空间模型。2.1涡扇发动机部件级建模研究涡扇发动机最优控制方法的前提是建立合适准确的发动机模型，建立发动机模型主要有解析法和试验法[41]。解析法能获得较高精度模型，因此被普遍采用。本节对实验室稳态模型进行改进、建立动态模型，并进行验证。2.1.1实验室发动机模型假设实验室的某型民用大涵道比涡扇发动机部件级模型如图2-1所示。图2-1大涵道比民用涡扇发动机结构图[42]因为发动机的强非线性，本文做出以下假设[43]：（1）忽略雷诺数带来的影响；（2）忽略燃烧延迟带来的影响；
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于SQCQP算法的变循环发动机性能寻优控制[J]. 聂友伟,李秋红,王元,顾书文. 北京航空航天大学学报. 2017(12)
[2]民用涡扇发动机多变量增广LQR控制器设计[J]. 王骥超,郭迎清. 航空计算技术. 2014(05)
[3]中国数学规划学科发展概述[J]. The Mathematical Programming Branch of Operations Research Society of China;. 运筹学学报. 2014(01)
[4]自适应动态规划综述[J]. 张化光,张欣,罗艳红,杨珺. 自动化学报. 2013(04)
[5]基于序列二次规划法优化无人机飞行性能[J]. 陈晓,王新民,周健. 计算机仿真. 2012(12)
[6]航空发动机过渡态最优控制规律设计的新方法[J]. 陆军,郭迎清,王磊. 航空动力学报. 2012(08)
[7]基于SVM辨识的涡扇发动机全包线稳态控制方法[J]. 刘建勋,李罡,吕孟军,尉询凯. 航空动力学报. 2012(07)
[8]航空发动机线性二次型最优控制[J]. 刘海堂,吕伟,喻鸣,毛宁. 科学技术与工程. 2012(18)
[9]钱学森“工程控制论”的创立及其启示[J]. 杜勇,化存才. 牡丹江大学学报. 2012(03)
[10]基于SQP的航空发动机加速规律优化方法[J]. 赵琳,樊丁. 推进技术. 2010(02)
博士论文
[1]控制变量参数化最优控制问题计算方法研究[D]. 刘平.浙江大学 2017
[2]航空发动机及控制系统建模与面向对象的仿真研究[D]. 周文祥.南京航空航天大学 2006
硕士论文
[1]涡扇发动机部件级建模与起动控制技术研究[D]. 姜波.南京航空航天大学 2018
[2]微运载上面级飞轮和推力矢量喷管联合姿态控制方法研究[D]. 胡铖.国防科学技术大学 2016
[3]基于SQP方法的航空发动机过渡态最优控制研究[D]. 胡欢.南京航空航天大学 2015
[4]航空发动机双转子振动故障模拟试验台设计[D]. 李志鹏.华中科技大学 2015
[5]序列二次规划法在航空发动机加力过程最优控制中的应用研究[D]. 高光良.西北工业大学 2005
[6]涡轴发动机最优加速控制研究[D]. 郭腊梅.西北工业大学 2003
本文编号：3208759
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