基于精确偏导数的航空发动机状态变量模型在线建立方法技术

本发明专利技术公开了一种基于精确偏导数的航空发动机状态变量模型在线建立方法，包括：步骤A、确定航空发动机状态变量模型的表达形式；步骤B、根据状态变量模型表达形式，基于泰勒展开，获得能够表示稳态点和动态点的统一离散状态变量形式；步骤C、根据所需要建立的离散状态模型中的变量，确定偏导数计算过程中的中间变量，基于航空发动机部件级模型和链式求导法则，采用解析法建立相应的偏导数模型；步骤D、联合部件级模型和偏导数模型利用多次通过算法进行共同计算，获得当前工作点的状态变量模型系数矩阵和初始值，获得相应工作点的状态变量模型。本发明专利技术能够在任意工作点在线计算出准确的状态变量模型。

【技术实现步骤摘要】
基于精确偏导数的航空发动机状态变量模型在线建立方法
本专利技术属于航空宇航推进理论与工程中的系统仿真与控制领域，具体涉及一种基于精确偏导数的航空发动机状态变量模型在线建立方法。
技术介绍
航空发动机数学模型在航空发动机控制、仿真及工程应用中有着巨大的价值。状态变量模型由于其计算简单，又有一定理论支撑，在航空发动机数学模型中具有代表性。鉴于状态变量模型的重要性，目前已经发展出了两种主要的建立航空发动机状态变量模型方法，即拟合法和偏导数法。拟合法包括利用遗传算法、最小二乘法等优化算法直接拟合相应的实验数据。偏导数法主要是利用差分方法和小扰动方法，通过部件级模型来实现相应系数矩阵的求解。但是，这两种建模方法存在比较明显的缺陷。在实时性方面，拟合法往往需要离线实现，偏导数法则由于差分计算需要反复调用原函数，且因变量越多，重复调用次数越多，直接制约了实时性。这就使得二者难以在线更新状态变量模型。在建模精度方面，由于航空发动机的强非线性特征和宽包线工作范围，这两种建模方法难以对每一个工作点实现建模，而只能在有限个工作点建立模型，使得在未建模点只能通过增益调度、线性变参数技术等插值方式获得相应模型本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.基于精确偏导数的航空发动机状态变量模型在线建立方法，包括以下步骤：步骤A、确定航空发动机状态变量模型的表达形式；步骤B、根据状态变量模型表达形式，基于泰勒展开，获得能够表示稳态点和动态点的统一离散状态变量形式；步骤C、根据所需要建立的离散状态模型中的变量，确定偏导数计算过程中的中间变量，基于航空发动机部件级模型和链式求导法则，采用解析法建立相应的偏导数模型；步骤D、联合部件级模型和偏导数模型利用多次通过算法进行共同计算，获得当前工作点的状态变量模型系数矩阵和初始值，构成相应工作点的状态变量模型。

【技术特征摘要】
1.基于精确偏导数的航空发动机状态变量模型在线建立方法，包括以下步骤：步骤A、确定航空发动机状态变量模型的表达形式；步骤B、根据状态变量模型表达形式，基于泰勒展开，获得能够表示稳态点和动态点的统一离散状态变量形式；步骤C、根据所需要建立的离散状态模型中的变量，确定偏导数计算过程中的中间变量，基于航空发动机部件级模型和链式求导法则，采用解析法建立相应的偏导数模型；步骤D、联合部件级模型和偏导数模型利用多次通过算法进行共同计算，获得当前工作点的状态变量模型系数矩阵和初始值，构成相应工作点的状态变量模型。2.如权利要求1所述方法，其特征在于，所述步骤B具体包括：步骤B1、将航空发动机部件级模型表示成非线性状态空间形式：式中，x表示状态量，u为控制量；步骤B2、记k时刻的发动机模型输入量和状态量为xk,0和uk,0，式(1)在此工作点进行泰勒展开，并省略高阶项，得到如式(2)所示的状态变量模型：式中：下标k表明这些变量及状态变量模型矩阵随工作点k变化；步骤B3、将式(2)所示的模型进行离散化处理：式中：k时刻代表的是进行状态变量建模时发动机的工作点所处的时刻，m是连续模型进行离散化以及应用离散化模型时的采样时刻；步骤B4、将建模工作点的初始导数用离散方式表达：代入式(4)中化简之后，得到离散状态变量模型：式中，下标d表示该矩阵为离散状态变量模型的系数矩阵，各变量满足如下定义：3.如权利要求1所述方法，其特征在于，所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：庞淑伟，李秋红，张海波，何凤林，冯海龙，管庭筠，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32