一种航空活塞发动机增压自适应控制方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种二冲程航空活塞增压发动机自适应控制方法，属于二冲程航空活塞增压发动机领域。该方法包括：任务时序规划步骤：根据发动机控制需求进行任务时序规划；工作状态评估步骤：采集工作参数及接收指令并评估发动机工作状态；控制参数自学习及预设步骤：根据历史运行数据通过神经网络算法进行自学习并预设控制参数；故障识别/诊断/响应步骤：实时监测发动机部件状态，针对故障问题进行识别、诊断与响应。该方法是一种具有一定适应能力的控制方法，能够自动适时地调节发动机控制参数，以适应外界环境、运行工况变化的影响，使发动机在不同环境及工况下始终维持最优或次优状态，满足系统使用要求。满足系统使用要求。满足系统使用要求。

【技术实现步骤摘要】
一种航空活塞发动机增压自适应控制方法及系统


[0001]本专利技术应用于二冲程航空活塞增压发动机领域，具体涉及一种航空活塞二冲程增压发动机自适应控制方法及系统，并应用于二冲程航空活塞增压发动机。

技术介绍

[0002]与四冲程活塞发动机增压技术相比，二冲程活塞发动机由于其换气过程存在内部流场的强耦合，引入增压技术，需有效解决混合气燃烧的精确控制等关键技术。增压发动机需回收利用排气脉冲能量做功，增压系统与换气过程相互耦合，导致同一风门及转速下封存在缸内的新鲜空气里波动较大，喷油量无法精确控制。在全飞行包线下发动机运行工况复杂多变，采用常规控制方法，喷油量控制难以实时响应发动机随增压系统工况变化产生的进气量突变，导致燃料与空气比例不匹配，引起燃烧不稳定问题，从而极易导致发动机故障失效。
[0003]稳定燃烧是发动机控制的核心，通过将缸内的空燃比控制在合适的区间，保证稳定的功率输出。由于地面标定时，海拔高度只能在5000m以下，但发动机需要在更高海拔下工作，为保证发动机稳定燃烧，保持系统控制的鲁棒性，需要控制策略在不同的工作场景下都能够实现对发动机的精确控制，使发动机可以最大化发挥功率输出。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是克服现有技术的不足，提供一种基于任务规划的二冲程航空活塞增压发动机自适应控制方法及系统，该方法包含时序控制、神经网络自学习控制、预控+闭环油路控制技术及故障监测识别响应等技术，是一种具有一定适应能力的控制方法，能够自动适时地调节发动机控制参数，以适应外界环境、运行工况变化的影响，使发动机在不同环境及工况下始终维持最优或次优状态，满足系统使用要求。
[0005]根据本专利技术实施例的第一方面，提供一种二冲程航空活塞增压发动机自适应控制方法，所述方法包括：
[0006]任务时序规划步骤：根据发动机控制任务进行任务时序规划；
[0007]工作状态评估步骤：采集工作参数及接收指令并评估发动机工作状态；
[0008]控制参数自学习及预设步骤：根据历史运行试验数据通过神经网络算法进行自学习并预设控制参数；
[0009]故障识别/诊断/响应步骤：实时监测发动机部件状态，针对故障问题进行识别、诊断与响应。
[0010]进一步地，所述任务时序规划步骤具体包括：
[0011]S11：发动机控制任务模块化设计，根据控制任务进行组件划分，生成模块化控制任务；
[0012]S12：将模块化控制任务进行时序及优先级的划分。
[0013]进一步地，所述S11具体为：整理发动机控制任务，采取模块化设计，针对发动机控
制任务进行组件划分，生成模块化控制任务。
[0014]进一步地，所述组件划分包括但不限于发动机起动/停机控制、进气系统、喷油系统、点火系统、排气系统、故障诊断、基础功能组件。
[0015]进一步地，所述S12具体为：对模块化控制任务进行设计规划，除初始化任务外，将发动机的模块化控制任务按照实时性要求及优先级由高到低分为三类：中断处理任务、周期性处理任务、背景任务。
[0016]进一步地，所述中断处理任务优先级包括：转速采集、喷油控制及点火控制任务，中断处理任务一经触发，当前任务暂停运行，等待中断处理任务执行结束后继续。
[0017]进一步地，所述周期性处理任务包括：MCU初始化任务、软件初始化任务、硬件初始化任务、传感器信号采集任务、传感器信号处理任务、工况判断任务、执行器驱动任务以及通信任务。
[0018]进一步地，所述周期性处理任务，按需求划分为5ms、10ms、15ms周期任务。
[0019]进一步地，所述背景任务为无中断或周期性任务运行时执行的任务，用于持续计算转速。
[0020]进一步地，所述工作状态评估步骤具体包括：
[0021]S21：根据传感器采集的工作参数计算发动机对应参数物理值，包括节气门开度、转速、缸头温度、大气温度以及海拔高度；
[0022]S22：根据转速、缸头温度判断发动机工况，包括起动工况、过渡工况、暖机工况以及稳态工况；
[0023]S23：根据节气门开度及转速判断发动机工作档位，包括慢车档位、怠速档位、巡航档位及大车档位；
[0024]S24：根据海拔高度及大气温度判断发动机工作环境。
[0025]进一步地，所述控制参数自学习及预设步骤具体包括：
[0026]S31：发动机飞行及台架试验过程中实时传输并存储大气压力、风门、转速、缸头温度、大气温度与油路的修正系数数据，作为历史运行试验数据；
[0027]S32：基于历史运行试验数据，对神经网络进行初始训练，并在发动机运行过程中，实时通过当前运行数据对神经网络进行迭代计算，利用最新数据不断优化神经网络系数；
[0028]S33：发动机运行过程中，利用训练后的神经网络，读取海拔高度、节气门开度、转速、缸头温度与大气温度计算喷油修正系数作为预设控制参数；
[0029]S34：在预设控制参数的基础上，采取基于空燃比的闭环修正算法对基础喷油量进行修正。
[0030]进一步地，所述神经网络采取基于径向基函数(Radial Basis Function，RBF)神经网络拓展所得的局部线性模型树(Local Linear Model Tree，LOLIMOT)模型，并将RBF神经网络输出层的权重系数替换为线性函数。由此，该神经网络能够映射任意复杂的非线性关系，具有很强的鲁棒性、记忆能力、非线性映射能力及自学习能力，能够较为准确的拟合出喷油量与海拔高度、节气门开度、转速、温度之间的非线性关系。且径向基神经网络学习规则简单，能够实现对实时数据的有效运算。
[0031]进一步地，神经网络中根据海拔高度进行神经元划分，共6个神经元。通过大气压力确定当前系统所处的海拔高度，每个海拔高度的数据用于一个神经元的学习，通过发动
机运行数据对神经网络进行训练，获取不同海拔高度下各神经元的权重。
[0032]进一步地，发动机运行过程中，根据海拔高度不同，对应的神经元权重远高于其余神经元。
[0033]进一步地，所述故障识别/诊断/响应步骤具体包括：
[0034]实时监测传感器数据，根据传感器信号诊断判断传感器数据是否出现异常，并在传感器出现故障时及时采取降维控制或冗余控制。
[0035]进一步的，所述传感器信号诊断包括：
[0036]驱动级诊断，针对传感器完全失效故障，在发动机非运行状态下，通过短电源、短地、开路方式，获取传感器线路故障情况下的信号，确定传感器正常工作时信号范围并写入软件，电子控制单元(Electronic Control Unit，ECU)接收传感器信号后，为防止故障误判，每采集10个信号为一组进行均值滤波，判断滤波后的值是否在正常工作信号范围内；
[0037]合理性诊断，针对传感器精度下降故障，同样通过临界值判断方法，临界值通过同一工况下滤波后数值的极大值和极小值确定，每接收一个数据重新计本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种二冲程航空活塞增压发动机自适应控制方法，其特征在于能够自主识别环境及发动机运行状态变化，实时调整发动机控制参数，使发动机在当前工况下始终维持最优或次优运行状态，所述方法包括：任务时序规划步骤：根据发动机控制任务进行任务时序规划；工作状态评估步骤：采集工作参数及接收指令并评估发动机工作状态；控制参数自学习及预设步骤：根据历史运行试验数据通过神经网络算法进行自学习并预设控制参数；故障识别/诊断/响应步骤：实时监测发动机部件状态，针对故障问题进行识别、诊断与响应。2.根据权利要求1所述的二冲程航空活塞增压发动机自适应控制方法，其特征在于，所述任务时序规划步骤具体包括：S11：发动机控制任务模块化设计，根据控制任务进行组件划分，生成模块化控制任务；S12：将模块化控制任务进行时序及优先级的划分。3.根据权利要求1所述的二冲程航空活塞增压发动机自适应控制方法，其特征在于，所述工作状态评估步骤具体包括：S21：根据传感器采集的工作参数计算发动机对应参数物理值，包括节气门开度、转速、缸头温度、大气温度以及海拔高度；S22：根据转速、缸头温度判断发动机工况，包括起动工况、过渡工况、暖机工况以及稳态工况；S23：根据节气门开度及转速判断发动机工作档位，包括慢车档位、怠速档位、巡航档位及大车档位；S24：根据海拔高度及大气温度判断发动机工作环境。4.根据权利要求1所述的二冲程航空活塞增压发动机自适应控制方法，其特征在于，所述控制参数自学习及预设步骤具体包括：S31：发动机飞行及台架试验过程中实时传输并存储大气压力、风门、转速、缸头温度、大气温度与油路的修正系数数据，作为历史运行试验数据；S32：基于历史运行试验数据，对神经网络进行初始训练，并在发动机运行过程中，实时通过当前运行数据对神经网络进行迭代计算，利用最新数据不断优化神经网络系数；S33：发动机运行过程中，利用训练后的神经网络，读取海拔高度、节气门开度、转速、缸头温度与大气温度计算喷...

【专利技术属性】
技术研发人员：姜梁，董雪飞，王振宇，陈建国，司亮，刘培强，
申请(专利权)人：中国航天电子技术研究院，
类型：发明
国别省市：