一种基于SIMD的航空发动机特性图插值计算优化方法技术

本发明专利技术公开了一种基于SIMD的航空发动机特性图插值计算优化方法，包括步骤：步骤1)数据输入；步骤2)根据步骤1)的输入数据构造出当前转速下的压比插值表、流量或效率插值表。本发明专利技术设计在构造插值表时引入SIMD单指令多数据流技术，通过引入该思想，快速构造出当前转速下的压比插值表、流量或效率插值表。流量或效率插值表。流量或效率插值表。

【技术实现步骤摘要】
一种基于SIMD的航空发动机特性图插值计算优化方法


[0001]本专利技术涉及航空发动机总体性能数学建模与仿真
，具体的为一种基于SIMD的航空发动机特性图插值计算优化方法。

技术介绍

[0002]航空发动机机载自适应模型可应用于发动机性能健康监视与故障诊断，先进控制算法(如性能寻优控制、直接推力控制)的设计及验证，目前国内外机载自适应模型大多采用基于卡尔曼滤波器估计的方法，该方法具有算法简单、计算速度快的优点，但单个卡尔曼滤波估计器不适用于全包线工况点。航空发动机非线性部件级模型根据发动机各个部件气动热力学原理进行性能模拟计算，虽计算复杂，但仅用一个非线性部件级模型即可模拟真实发动机在全包线范围内的所有工况点。近年来航空科技工作者加大了对发动机非线性部件级模型实时性提高方法的研究，发动机部件级模型直接作为机载模型使用将成为可能。限制部件级模型机载应用的因素比较多，如部件级模型计算方法复杂，发动机流路计算耗时过多，进而导致部件级模型在机载设备上计算实时性达不到要求。早期通用处理器的工作模式，一般都是基于SISD(单指令单数据流)指令，即每个核心中，一个指令单次操作一条数据，随着算力需求的不断提升，人们发现上述方式在某些场景中效率很低，为此，处理器开始引入新的SIMD(单指令多数据流)指令来提升运算效率，这种技术革新让一个指令能够单次操作多条数据，使程序在特定应用场景下的实时性大幅提升，包括航空机载雷达算法与图像处理算法，这为航空发动机非线性部件级模型计算实时性优化提供了一种新思路。

技术实现思路

>[0003]专利技术目的：为了解决上述
技术介绍
中存在的问题，本专利技术提供了一种基于SIMD的航空发动机特性图插值计算优化方法，从减少流路计算中旋转部件特性图插值计算中的计算时间上着手，采用SIMD技术优化了特性图插值算法，与常规计算方法相比，能大幅减小特性图插值计算函数的计算时间，进而减少模型流路计算时间。
[0004]技术方案：为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案为：
[0005]一种基于SIMD的航空发动机特性图插值计算优化方法，包括以下步骤：
[0006]1)获取输入数据，所述输入数据包括当前转速、流量与效率判断参数、转速数据表、压比数据表、流量
‑
效率数据表；
[0007]2)采用SIMD技术构造当前转速下的压比插值表。
[0008]优选的，步骤1)中利用顺序查找法找出当前转速x在转速数据表中的位置。
[0009]优选的，步骤2)的实现过程为：
[0010]2.1)判断插值流量还是插值效率：
[0011][0012]式中，type表示流量与效率判断参数，0表示插值流量，1表示插值效率；
[0013]2.2)加载转速线性比至32位向量寄存器s：
[0014][0015]其中：x
p
表示转速数据表中p位置的转速，x
p+1
表示转速数据表中p+1位置的转速；
[0016]2.3)加载压比数据表中的数据、根据步骤2.1)的判断结果，加载流量
‑
效率数据表中的流量或效率数据；并判断是否成功加载数据，若成功加载数据，跳至步骤2.4)，否则加载失败，退出计算，结束；
[0017]2.4)根据当前转速x在转速数据表中的位置，加载转速x
p
对应转速线下的8个压比数据至2个128位向量寄存器Q0、Q1中，加载转速x
p+1
对应转速线下的8个压比数据至2个128位向量寄存器Q2、Q3中：
[0018][0019]式中，y
i
为转速x
p
对应转速线下的第i个压比数据，y
i+m
为转速x
p+1
对应转速线下的第i个压比数据，m为等转速线上的转速个数；
[0020]2.5)根据线性插值公式依次构造出当前转速x下的8个压比数据，并将结果保存至向量寄存器Q2、Q3中；
[0021]2.6)将8个计算结果写入目标内存：
[0022][0023]式中，c
i
为目标内存的第i个计算结果；
[0024]2.7)判断压比插值表是否构造完成，若未完成，跳至步骤2.4)继续计算，否则结束循环，跳至步骤2.3)加载新数据，构造新的插值表。
[0025]优选的，步骤2.5)的实现过程为：
[0026]2.5.1)计算向量寄存器Q2、Q0之差，将结果保存入向量寄存器Q2中：
[0027]Q2＝{y
i+m
‑
y
i
,y
i+1+m
‑
y
i+1
,y
i+2+m
‑
y
i+2
,y
i+3+m
‑
y
i+3
}
[0028]2.5.2)根据步骤2.5.1)的结果，计算与转速线性比的乘积，将结果保存至向量寄存器Q2中：
[0029][0030]2.5.3)计算向量寄存器Q3、Q1之差，将结果保存入向量寄存器Q3中：
[0031]Q3＝{y
i+4+m
‑
y
i+4
,y
i+5+m
‑
y
i+5
,y
i+6+m
‑
y
i+6
,y
i+7+m
‑
y
i+7
}
[0032]2.5.4)根据步骤2.5.3)的结果，与转速线性比乘积，将结果保存至向量寄存器Q3中：
[0033][0034]2.5.5)依次计算向量寄存器Q2、Q0之和与向量寄存器Q3、Q1之和，其结果保存至向量寄存器Q2、Q3中：
[0035][0036]有益效果：
[0037]本专利技术采用SIMD技术优化航空发动机特性图插值函数的压比与流量、压比与效率的插值表构造过程，利用128位向量寄存器同时处理4条数据运算，在数据的加载和数据的写入过程中一条指令可以同时对8个数据进行操作，与常规SISD方法相比，有效减小特性图插值函数的计算时间，进而减少非线性模型流路计算时间。
附图说明
[0038]图1基于SIMD的航空发动机燃气热力学属性反向计算函数的计算流程图；
[0039]图2基于SIMD的航空发动机燃气热力学属性反向计算优化方法流程图；
[0040]图3 SIMD技术四字数据操作示意图；
[0041]图4压气机特性图插值函数测试输入仿真数据点；
[0042]图5燃气涡轮特性图插值函数测试输入仿真数据点；
[0043]图6动力涡轮特性图插值函数测试输入仿真数据点；
[0044]图7涡轴发动机动态仿真测试输入供油曲线。
具体实施方式
[0045]航空发动机特性图插值采用线性插值，在构造特定转速下的压比与流量、压比与效本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于SIMD的航空发动机特性图插值计算优化方法，其特征在于，包括以下步骤：1)获取输入数据，所述输入数据包括当前转速、流量与效率判断参数、转速数据表、压比数据表、流量
‑
效率数据表；2)采用SIMD技术构造当前转速下的压比插值表。2.如权利要求1所述的一种基于SIMD的航空发动机特性图插值计算优化方法，其特征在于，步骤1)中利用顺序查找法找出当前转速x在转速数据表中的位置。3.如权利要求2所述的一种基于SIMD的航空发动机特性图插值计算优化方法，其特征在于，步骤2)的实现过程为：2.1)判断插值流量还是插值效率：式中，type表示流量与效率判断参数，0表示插值流量，1表示插值效率；2.2)加载转速线性比至32位向量寄存器s：其中：x
p
表示转速数据表中p位置的转速，x
p+1
表示转速数据表中p+1位置的转速；2.3)加载压比数据表中的数据、根据步骤2.1)的判断结果，加载流量
‑
效率数据表中的流量或效率数据；并判断是否成功加载数据，若成功加载数据，跳至步骤2.4)，否则加载失败，退出计算，结束；2.4)根据当前转速x在转速数据表中的位置，加载转速x
p
对应转速线下的8个压比数据至2个128位向量寄存器Q0、Q1中，加载转速x
p+1
对应转速线下的8个压比数据至2个128位向量寄存器Q2、Q3中：式中，y
i
为转速x
p
对应转速线下的第i个压比数据，y
i+m
为转速x
p+1
对应转速线下的第i个压比数据，m为等转速线上的转速个数；2.5)根据线性插值公式依次构造出当前转速x下的8个压比数据，并将结果保存至...

【专利技术属性】
技术研发人员：周文祥，龙前广，
申请(专利权)人：南京兰博高新技术有限责任公司，
类型：发明
国别省市：