自适应建模过程中对输出偏离量进行估计地研究.pdfVIP

自适应建模过程中对输出偏离量进行估计的研究 王信德，孙健国，李松林，袁春飞 南京航空航天大学能源与动力学院，南京210016 摘要：航空发动机自适应建筷的思想是认为发动机的任何非额定工作都将导致其输出参数的变化，因而可以把这些参数 偏离正常工作参数值的变化量，也就是输出偏离量，用来表征发动机的非额定工作情况，把它作为增广的状态变量，设 计卡尔曼滤波器对其进行最优估计，然后用这些输出偏离量的估计值来校正机载发动机的输出，使之与真实发动机输出 ～致，从而使机载模型获得自适应能力。 关t词：航空发动机；自适应建模；卡尔曼滤波器；增广状态变量模型 1引言 先进的飞行，推进系统控制，如性能寻优控制(PSC)，以机载的发动机模型进行在线的性能优化计算获 得最优的控制修正量，最大限度地发挥飞机和发动机的性能潜力。显然，只有机载模型真实反映发动机 的工作状态，基于此做出的优化控制才能正确有效。然而按照发动机的气动热力学特性，典型发动机实 验得到的特性数据建立的发动机数学模型～般只能体现同类发动机的设计正常特性，而不能对由于制造 安装公差造成的不同发动机个体间的特性差异和由于在使用寿命期内性能蜕化等因素影响而导致的发动 机非额定特性进行计算，也就是说这样的发动机模型不能反映发动机的非额定工作。于是，必须探求好 的方法对按额定特性建立的模型进行实时修正使之能表示发动机的真实工作情况。本文的方法认为任何 使发动机偏离额定工作的因素都必然会引起其输出参数的变化，因而可以用这些参数的变化量来表征发 动机的非额定工作，将它们视为增广的状态量，设计卡尔曼滤波器对其进行最优估计。这些偏离量估计 值用于修正模型的输出，使模型的输出与真实发动机的输出一致。 2机载涡扇发动机自适应模型概述 加力燃烧室进口总温、总压iT6、P6)，以及由这些参数计算得到的发动机性能量：风扇、压气机的喘振裕 度(SMF、SMC)，发动机推力R等。 自适应模型由若干功能模块组成。其中，状态变量模型(svM)是分段线性化的发动机状态变量模型， 该模型中的参数采用了发动机设计点参数值进行归一化处理的无量纲参数形式。增广状态变量模型 (ASVM)是将表征发动机的非额定工作的输出偏离量(额定工作时参数值减去非额定工作时参数值)视为增 广的发动机状态变量扩充到SVM中形成的。然后利用常值增益的卡尔曼滤波器，对ASVM中的增广状 态量z进行最优估计，估计出不可测的输出偏离量，从而获得发动机不确定的非额定工作的信息。 3建立增广状态变量模型(ASW)和设计卡尔曼滤波器(KF) 首先已经建立了地面标准条件下用归一化参数表示的SVM，如下所示： 世NF 心NC“[淼卜·[嚣]一放“似坩△u △PNF ＆PNC △PP4 …。…““。 (2) 圯f栅]+D『廿嘲]：△y-c△x+D．△￡，APNC APA8 心P6 l I l l AJDr42 3．1建立增广状态变量模型(ASW) 上述SVM的结构参数是按发动机的正常工作特性来建立的，因而该模型只能反映发动机的正常额定 工作。为了表征发动机的非额定工作情况，需要获得输出参数的偏离量(YB)，用该偏离量来对发动机的 非测量参数进行补偿。而且，实际工作的发动机还受到各种噪声的污染，而建模时的各种简化假设也会 给模型带来系统误差。所以，描述真实发动机系统的动态特性的模型应表示为： 舣=A·战+B·AU+W (3) AY=C·AX+D·AU+YB+V (4) PNCBPP4B 上式中YB表示输出偏离量，YB=[PNFB PP6B W为系统噪声． PT42B】r V为测量噪声。由于噪声的影响使’yB不能直接获得．只能通过估计获得。为了能够用估计方法得到YB， 我们将它们作为增广的状态变量扩充到状