(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202211270304.0 (22)申请日 2022.10.18 (71)申请人 中国航空综合 技术研究所 地址 100028 北京市朝阳区东 直门外京顺 路7号 (72)发明人 曲政龙　苏倩　孟祥臣　杨瑛　 薛红霞　 (74)专利代理 机构 北京孚睿湾知识产权代理事 务所(普通 合伙) 11474 专利代理师 王冬杰 (51)Int.Cl. G06F 30/20(2020.01) G06F 111/04(2020.01) G06F 119/08(2020.01) G06F 111/08(2020.01) (54)发明名称 基于TMLSAA的航空发动机油耗控制优化方 法 (57)摘要 本发明涉及一种基于TMLSAA的航空发动机 油耗控制优化方法， 其包括以下步骤， 步骤1： 建 立航空发动机目标油耗控制过程的非线性模型； 步骤2： 建立航空发动机目标油耗控制模 型； 步骤 3： 以双模线性螺旋吸引优化算法计算航空发动 机目标油耗控制模型的最优解； 步骤4： 完成变循 环航空发动机目标油耗控制模型的最优控制。 本 发明通过设计探索模式和追踪模式双模式优化 结构弥补传统智能优化算法中单模式优化造成 的容易陷入局部最优解的缺陷， 并且通过设计基 于速度更新的线性和螺旋两种追踪优化模式， 提 高算法的优化速度和优化精度。 本发 明在保证发 动机安全工作的前提下， 实现油耗控制模式寻 优， 输出最优控制参数给航空发动机， 提高飞机 的飞行距离 。 权利要求书3页 说明书8页 附图1页 CN 115495927 A 2022.12.20 CN 115495927 A 1.一种基于TMLSA A的航空发动机油耗控制优化方法， 其特 征在于， 其包括以下步骤： 步骤1： 建立 航空发动机目标油耗控制过程的非线性模型； 所述航空发动机目标油耗控制过程的非线性模型如下 所示： y＝H(u)； 式中： y表示航空发动机目标油耗控制模型的输出向量； u表示航空发动机目标油耗控 制模型的输入向量； H表示产生系统输出的非线性向量 函数； 步骤2： 建立 航空发动机目标油耗控制模型； 所述的航空发动机目标油耗控制模型为在保证发动机安全工作的前提下， 保证发动机 推力不变， 通过改变控制参数降低发动机的耗油率， 其目标油耗控制模型描述如下 所示： 式中： const表示推力期望值， 为常数； gi(u)表示第i个控制参数的约束条件； gimin和 gimax分别表示第i个控制参数的约 束条件的下限值和上限值； F表示航空发动机推力； s fc表 示航空发动机油耗； min表示取极小值； n表示约束条件的个数； f表示产生系统输出的非线 性向量函数； x表示控制参数变量； Wf表示调节主燃油流量； A9表示尾喷管面积； dvgl表示风 扇导叶角度； dvgh表示压气机导叶角度； 所述控制参数的约束条件如下 所示： 式中： Tt4表示航空发动机温度； Tt4max表示航空发动机温度上限值； nF表示风扇转速； nFmax表示风扇转速的上极限； nH表示高压压气机转速； nHmax表示高压压气机转速的上极限； SMF表示风扇喘振裕度； SMFmin表示风扇喘振裕度允许最小值； SMC表示高压压气机喘振裕 度； SMCmin表示高压压气机喘振裕度允许最小值； ROGmin表示燃烧室的油气比下限； ROG表示燃 烧室的油气比； ROGmax表示燃烧室的油气比上限； Wf表示主燃烧室供油量； Wfmax表示主燃烧室 供油量上限； 步骤3： 以双模线性螺 旋吸引优化 算法计算 航空发动机目标油耗控制模型的最优解； 步骤31： 初始化航空发动机目标油耗控制模型的初值， 确定目标油耗控制模型的控制 空间； 步骤32： 确定航空发动机的油耗控制模型的探索模式和追踪模式； 步骤33： 确定航空发动机的油耗控制模型的粒子 速度和粒子位置； 所述油耗控制模型的粒子 速度的确定方法如下 所示； Vi(t+1)＝ωVi(t)+ μ[pg(t)‑Ui(t)]； 式中： μ表示学习因子； Vi(t+1)和Vi(t)分别表示下一次迭代和当前粒子速度； pg(t)表 示当前整个控制点群迄今为止搜索到的最优位置； Ui(t)表示当前整个粒子群第i个粒子的权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 115495927 A 2值； ω表示约束函数的权 重调整系数矩阵； 所述油耗控制模型的粒子位置的确定方法如下 所示； 式中： Ui(t+1)表示更新后t+1时刻的粒子位置； Ubest表示原始的粒子位置； η表示[0.45, 0.95]之间 的随机数； β 表示[ ‑1,1]内的随机数； Ur1(t)表示随机选择的第r 1个粒子位置； if 表示满足条件； rand表示[0,1]之间的随机数； else表示 不满足判断条件的其 他情况。 步骤4： 完成变 循环航空发动机目标油耗控制模型的最优 控制； 获得步骤3确定的油耗控制模型最优解， 输出最优解给航空发动机， 实现变循环航空发 动机推力不变情况 下的油耗控制。 ybest＝H(ubest)； 式中： ubest表示步骤3确定的油耗控制模型最优 解， 为输出给航空发动机的最优控制量， ybest表示在最优 控制量下航空发动机的最优输出。 2.根据权利 要求1所述的基于TMLSAA的航空发动机油耗控制优化方法， 其特征在于， 所 述步骤1中的油耗控制模型的输出向量， 具体为： 所述航空发动机目标油耗控制模型的输出向量如下 所示： y＝[sfc F]T∈R2； 式中： sfc表示燃油消耗 率； F表示发动机推力值； R2表示输出向量的二维 实数域。 3.根据权利 要求1所述的基于TMLSAA的航空发动机油耗控制优化方法， 其特征在于， 所 述步骤1中的油耗控制模型的输入向量， 具体为： 所述航空发动机目标油耗控制模型的输入向量如下 所示： u＝[Wf,A8,dvgl,dvgh]T∈R4； 式中： Wf表示调节主燃油流量； A8表示尾喷管面积； dvgl表示风扇导叶角度； dvgh表示压 气机导叶角度； R4表示输入向量的四维 实数域。 4.根据权利 要求1所述的基于TMLSAA的航空发动机油耗控制优化方法， 其特征在于， 所 述步骤31中的初始航空发动机的最优化模型的控制点， 具体为： 初始化找到S个D维粒子U1,U2,…,Us， i＝1,2,...,S， 并产生S个初始速度V1,V2,…,Vs， i ＝1,2,...,S， 构成控制变量的初始解， 如下 所示： P0＝{U1,U2,…,Us}， i＝1,2,...,S； 式中： P0表示模型控制点的集和； U1,U2,…,Us分别表示第1个、 第2个 …第S个模型控制 点； i表示控制点的编号； S表示控制点的个数。 5.根据权利 要求1所述的基于TMLSAA的航空发动机油耗控制优化方法， 其特征在于， 所 述步骤31中的确定的油耗控制模型的控制空间， 具体为： 所述的油耗控制模型的控制空间包括最优控制点Ubest和最差控制点Uworst， 所述最优控 制点Ubest的获取方法如下 所示： 式中： Ubest表示航空发动机的最优 控制点； mi n表示取极小值； 所述最差控制点Uworst的获取方法如下 所示：权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 115495927 A 3