基于变尺度寻优混合求解算法的航空发动机状态变量模型建立方法

为了克服小扰动方法精度不高、稳态终值响应法动态过程不一致以及传统拟合法的随着维数增加精度下降和拟合时间长等缺点,综合了3种算法(小扰动法、稳态终值响应法和传统拟合法)的优点,设计了基于变尺度法的混合求解方法建立了航空发动机状态变量线性模型。仿真结果表明:建立的航空发动机状态变量线性模型与非线性部件级模型在动态过程响应中吻合良好,而且具有较高的稳态精度,能够保证航空发动机最终稳定值的一致性。     

状态变量模型建立方法

为了克服小扰动方法精度不高、稳态终值响应法动态过程不一致以及传统拟合法的随着维数增加精度下降和拟合时间长等缺点,综合了3种算法（小扰动法、稳态终值响应法和传统拟合法）的优点,设计了基于变尺度法的混合求解方法建立了航空发动机状态变量线性模型。仿真结果表明：建立的航空发动机状态变量线性模型与非线性部件级模型在动态过程响应中吻合良好,而且具有较高的稳态精度,能够保证航空发动机最终稳定值的一致性。     

自寻优求解法建立涡轴发动机状态变量模型

采用自寻优求解法建立小偏差状态变量模型(SVM),即先任意给定A,B,C,D矩阵,然后根据发动机非线性模型与状态变量模型的小偏差动态响应对比直接寻优A,B,C,D矩阵.求解目的为使状态变量模型与非线性模型的小偏差动态响应吻合,因而应用该方法可以保证所建模型具有较高的精度.此外该方法不受模型阶次的限制.应用该方法建立了某型涡轴发动机的小偏差状态变量模型,通过与非线性模型仿真结果比较,验证了该方法的有效性和准确性,所建立的状态变量模型可用于航空发动机控制系统设计与故障诊断.      

线性拟合法建立航空发动机状态变量模型

针对非线性拟合法建立航空发动机状态变量模型过程中的初值问题,提出了一种能够避免该问题的线性拟合法,即在离散域情况下,利用已知的状态序列来构建系统矩阵与模型响应之间呈线性关系的目标函数,从而使非线性最小二乘问题转化为线性最小二乘问题.应用该方法建立某型涡扇发动机的小偏差状态变量模型,并与非线性拟合法进行了对比研究,结果表...     

一种建立航空发动机状态变量模型的新方法

本文提出了一种用于建立航空发动机状态变量模型的新方法—拟合法：即用发动机部件级模型在稳态工作点处的非线性动态响应数据拟合该点处的小偏离状态变量模型。并应用这种方法建立了某型涡扇发动机在高空稳态工作点处的小偏离状态变量模型,以及地面加速过程的大偏离状态变量模型。通过动态仿真研究,可以看出：与偏导数法比较,拟合法明显提高了建摸精度。     

一种求取发动机状态变量模型的改进拟合法

采用的拟合辨识方法是直接对根据状态变量模型中各变量间的线性关系对系数矩阵进行拟合,并且实现对稳态过程和瞬态过程进行分步拟合,从而消除瞬态误差对稳态精度的影响.本方法有接近传统最小二乘法的精度,并且无需求解状态变量模型微分方程或使用迭代算法,只需要进行简单的矩阵运算即可得到各系数矩阵,因此计算效率远高于传统最小二乘法.同时,该方法也可与其他拟合方法结合使用从而进一步提高拟合精度.最后,应用该方法建立了某涡轴发动机的小偏差状态变量模型,通过与非线性模型仿真结果比较,验证了该方法的有效性,即使对象非线性较强,该方法也能得到精度较高的拟合效果.      

基于改进拟合法的涡扇发动机状态变量模型建立方法

为解决拟合法建立涡扇发动机状态变量模型时初值难以选取的问题和有效提高模型的精度,研究了一种改进的优化拟合方法.针对拟合法初值难以选取的问题,采用改进偏导数法获得的优化迭代初值;根据发动机稳态工作点线性化模型的动态响应与该点处的非线性模型动态响应一致的原则,采用线性最小二乘优化拟合法建立某型涡扇发动机状态变量模型.通过在不同状态工作点、采用不同模型结构,与改进偏导数法和非线性部件级模型仿真结果相比较表明:该方法能有效保证模型收敛性,具有较高的建模精度,并适用于高阶系统建模.     

基于遗传算法的航空发动机状态变量模型建立方法

提出了一种采用遗传算法建立用于航空发动机控制系统设计的小偏差状态变量模型的方法,即根据发动机稳态工作点处的线性化数学模型的动态响应应该与该稳态工作点处的非线性数学模型动态响应一致的原则来构造遗传算法的适应度函数,通过优化算法,得出系统的状态变量模型。该方法不受系统模态及模型阶次的限制。应用该方法建立某型涡扇发动机的小偏差状态变量模型,具有较高的建模精度,根据该状态变量模型设计鲁棒控制器取得了良好的控制效果,从而验证了该方法的有效性。      

基于改进粒子群算法的航空发动机状态变量建模

为了克服现有航空发动机状态变量建模过程中的不足,采用了一种改进粒子群算法建立航空发动机状态变量模型。首先改进了粒子群算法,提出一种每个粒子根据自身适应值动态调整其惯性系数方法来平衡搜索性能;对群体最优位置进行实时的代内更新以提高搜索速度;为避免陷入局部最优,在最优个体附近进行随机搜索。其次利用该算法建立航空发动机状态变量模型,根据航空发动机在稳态点处的线性化模型应与在该同一稳态工作点处的非线性模型响应一致的原则构造适应值函数,仿真结果表明所建立的状态变量模型不论是稳态过程还是动态过程都与非线性模型响应基本一致,建模精度较高,建立过程简便。     

某型涡扇发动机状态模型修正

为了针对每一台发动机建立准确的气路故障诊断模型,采用部件法建立了某型涡扇发动机的基准数学模型,分析了模型失配的原因,确定出需要修正的特性参数,采用小波分析实现对可测参数数据的预处理,通过求解所建的扩展非线性方程组完成了发动机模型的离线修正。经仿真验证该算法有较高精度,且易于工程实现,为建立准确的稳态气路故障诊断方程奠定了基础。     

某型涡喷发动机状态空间模型的提取与修正研究

以某型单转子涡喷发动机为研究对象,在提取该型发动机状态空间模型的基础上,提出了单转子涡喷发动机状态空间模型的稳态及动态的修正算法,获得基于稳态及动态的修正模型.以阶跃输入响应对模型进行了检验,检验结果表明使用该方法修正的状态空间模型具有与原非线性数学模型完全一致的稳态及动态过程响应,解决了单转子涡喷发动机状态空间模型检验与修正的问题.     

建立航空发动机状态空间模型的修正方法

以阶跃输入响应进行模型的检验，提出了状态空间模型的修正方法：基于动态响应较好的状态空间模型，进行其矩阵B，D，F，G的修正，获得基于稳态修正的模型，解决了航空发动机状态空间模型检验与修正的问题。仿真表明，使用该方法修正的状态空间模型具有与原非线性数学模型完全一致的稳态响应和基本一致的动态过程响应。这种方法为航空发动机多变量数字电子控制器的设计奠定了强有力的基础。     

SUPPRESSION OF TRANSIENT RESPONSE OF A ROTOR IN ACTIVE VIBRATlON CONTROL

ＳＵＰＰＲＥＳＳＩＯＮＯＦＴＲＡＮＳＩＥＮＴＲＥＳＰＯＮＳＥＯＦＡＲＯＴＯＲＩＮＡＣＴＩＶＥＶＩＢＲＡＴｌＯＮＣＯＮＴＲＯＬＬｉｕＢａｏｊｉａｎｇ；ＹａｎＬｉｔａｎｇ（Ｇｒｏｕｐ４０５，ＢｅｉｊｉｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＡｅｒｏｎａｕｔｉｃｓａｎ...     

转子系统瞬态响应计算的精细迭代积分方法

提出了计算转子系统瞬态响应的精细迭代积分方法。采用精细积分法计算状态转移矩阵,可以得到齐次方程的精确解;结合轴承所提供的油膜力的特点,提出一种隐式积分法,允许使用较大的步长,并对各矩阵及向量适当分块,使非线形方程组的维数大为减小。此方法无条件稳定,可以保证较高的精度与效率。     

A new online modelling method for aircraft engine state space model

To overcome the drawbacks of current modelling method for aircraft engine state space model, a new method is introduced. The form of state space model is derived by using Talyor series to expand the nonlinear model that is implicit equations and involves many iterations. A partial derivative calculation method for iterations is developed to handle the influence of iterations on parameters. The derivative calculation and the aerothermodynamics calculations are combined in the component level model with fixed number Newton-Raphson (N-R) iterations. Mathematical derivation and simulations show the convergence ability of proposed method. Simulations show that comparing with the linear parameter varying model and centered difference based state space model, much higher accuracy of proposed online modelling method is achieved. The accuracy of the state space model built by proposed method can be maintained when the step amplitudes of inputs are within 2%, and the responses of the state space model can match those of the component level model when each input steps larger amplitudes. In addition, an online verification was carried out to show the capability of modelling at any operating point and that state space model can predict future outputs accurately. Thus, the effectiveness of the proposed method is demonstrated.     

考虑扰动输入/性能输出分布时作动/传感器配置优化

 针对结构振动控制问题，提出了一种考虑扰动输入/性能输出分布信息时作动/传感器的优化配置准则。在降维的模态坐标下建立状态空间形式的结构动力学方程，通过Lyapunov方程求解扰动和作动器的能控性Gramian矩阵，并利用矩阵奇异值分解获得扰动的能控性方向和作动器的能控性方向，通过同时最大化作动器对结构的作动能力以及作动器的能控性方向与扰动的能控性方向的一致性来确定作动器的最优位置。类似思想用于确定传感器的最优位置。以采用压电片为作动器的悬臂梁为例阐述了新准则的应用。     

Optimal assimilation for ionospheric weather – Theoretical aspect

Observation, specification and prediction of ionospheric weather are the key scientific pursuits of space physicists, which largely based on an optimal assimilation system. The optimal assimilation system, or commonly called data assimilation system, consists of dynamic process, observation system and optimal estimation procedure. We attempt to give a complete framework in this paper under which the data assimilation procedure carries through. We discuss some crucial issues of data assimilation as follows: modeling a dynamic system for ionospheric weather; state estimation for static or steady system in sense of optimization and likelihood; state and its uncertainty estimation for dynamic process. Meanwhile we also discuss briefly the observability of an observation system; system parameter identification. Some data assimilation procedures existed at present are reviewed in the framework of this paper. As an example, a second order dynamic system is discussed in more detail to illustrate the specific optimal assimilation procedure, ranging from modeling the system, state and its uncertainty calculation, to the quantitatively integration of dynamic law, measurement to significantly reduce the estimation error. The analysis shows that the optimal assimilation model, with mathematical core of optimal estimation, differs from the theoretical, empirical and semi-empirical models in assimilating measured data, being constrained by physical law and being optimized respectively. The data assimilation technique, due to its optimization and integration feature, could obtain better accurate results than those obtained by dynamic process, measurement or their statistical analysis alone. The model based on optimal assimilation meets well with the criterion of the model or algorithm assessment by ‘space weather metrics’. More attention for optimal assimilation procedure creation should be paid to transition matrix finding, which is usually not easy for practical space weather system. High performance computing hardware and software studies should be promoted further so as to meet the requirement of large storage and extensive computation in the optimal estimation. The discussion in this paper is appropriate for the static or steady state or transition process of dynamic system. Many phenomena in space environment are unstable and chaos. So space environment study should include and integrate these two branches of learning. This revised version was published online in August 2006 with corrections to the Cover Date.     

航空发动机解耦控制器设计

提出了一种基于输出拟形的解耦控制器设计方法。设计过程中针对某型涡扇发动机双变量控制系统,首先选取2个理想的一阶环节形成2个独立控制回路,以其在各通路单独阶跃下的无耦合响应为拟形目标。以LQR控制器设计为例,采用遗传算法(GA)来优化LQR控制器的加权矩阵Q和R,使闭环控制系统在各控制回路单独阶跃下的输出与目标相一致,从而达到解耦的目的。通过优化算法,设计出的LQR控制器取得了良好的动、静态解耦效果。     

人工智能在航天飞行任务规划中的应用研究

 在航天飞行任务中，如何设计航天器的飞行过程，如何确定地面对航天器的控制操作，如何制定飞行控制计划等，是地面飞行控制中心面临的重大问题，也是航天飞行任务规划所要解决的基本问题。在充分认识和把握人工智能基本原理、方法和技术的基础上，提出了一个基于规则演绎和状态演化的生长式推理模型，并对模型的特性进行了详细讨论，然后导出了该模型在航天飞行任务规划问题中的具体形式，从而成功地解决了航天任务自动规划的难题。通过在实际航天任务中的应用和验证，不仅证明该模型和方法是正确的、可行的和高效的，而且证明人工智能在航天飞行任务规划中有着广阔的应用前景。