一種渦軸發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)模型建模方法及系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種渦軸發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)模型建模方法及系統(tǒng)，該方法包括：建立渦軸發(fā)動(dòng)機(jī)穩(wěn)態(tài)實(shí)時(shí)模型；采用剩余燃油流量動(dòng)態(tài)加減系數(shù)法建立渦軸發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)模型。本發(fā)明解決了現(xiàn)有的發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)模型建模過程中在只有試車數(shù)據(jù)而缺乏部件特性數(shù)據(jù)情況下的建模問題，適用于發(fā)動(dòng)機(jī)數(shù)控系統(tǒng)半物理仿真，亦可為傳感器解析余度技術(shù)提供模型保證，對(duì)于縮短研制周期、降低試驗(yàn)風(fēng)險(xiǎn)及成本有著積極促進(jìn)作用。
【專利說明】一種渦軸發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)模型建模方法及系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于航空發(fā)動(dòng)機(jī)建模與仿真領(lǐng)域，具體涉及一種渦軸發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)模型建模方法及系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]控制用傳感器發(fā)生故障將直接導(dǎo)致閉環(huán)控制系統(tǒng)反饋信息不可用，使得渦軸發(fā)動(dòng)機(jī)不能穩(wěn)定工作，因此，渦軸發(fā)動(dòng)機(jī)數(shù)控系統(tǒng)的傳感器能否穩(wěn)定可靠工作，對(duì)于保證渦軸發(fā)動(dòng)機(jī)FADEC系統(tǒng)正常工作至關(guān)重要。傳感器解析余度技術(shù)是一種典型的基于模型的傳感器故障診斷方法，渦軸發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)模型是該方法的重要組成部分，同時(shí)該模型的精度決定了傳感器故障診斷性能，因此，建立某型渦軸發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)模型對(duì)傳感器故障診斷和容錯(cuò)控制具有重要的理論意義和工程實(shí)用價(jià)值。
[0003]國(guó)內(nèi)外用于發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)半物理試驗(yàn)的動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)模型大都采用部件級(jí)建模的方法，但是當(dāng)缺乏發(fā)動(dòng)機(jī)部件級(jí)建模用的部件特性數(shù)據(jù)時(shí)，只能根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)建模，同時(shí)部件級(jí)模型由于計(jì)算耗時(shí)長(zhǎng)、占用資源多的特點(diǎn)，使得其應(yīng)用范圍受到限制，不能滿足機(jī)載需求。因此，需要研究根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)直接建立機(jī)載動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)模型的方法。目前發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)模型建模方法主要集中在依賴部件特性數(shù)據(jù)的部件級(jí)建模方法上，有限的動(dòng)態(tài)系數(shù)方法研究沒有考慮加、減速的系數(shù)差異，以及沒有在更為復(fù)雜的渦軸發(fā)動(dòng)機(jī)上應(yīng)用，更沒有具有動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)模型自動(dòng)生成的通用軟件開發(fā)的相關(guān)報(bào)道。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是針對(duì)【背景技術(shù)】的缺陷，提供一種渦軸發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)模型建模方法及系統(tǒng)，用于解決缺乏部件特性數(shù)據(jù)、只提供試驗(yàn)數(shù)據(jù)時(shí)傳統(tǒng)的渦軸發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)模型機(jī)載實(shí)時(shí)模型建模問題，該方法和系統(tǒng)滿足機(jī)載實(shí)時(shí)性要求，能為傳感器解析余度技術(shù)提供模型保證。
[0005]本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題采用以下技術(shù)方案:
[0006]一種渦軸發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)模型建模方法，包括以下步驟:
[0007]步驟A)，建立渦軸發(fā)動(dòng)機(jī)穩(wěn)態(tài)實(shí)時(shí)模型；
[0008]步驟B)，采用剩余燃油流量動(dòng)態(tài)加減速系數(shù)法建立渦軸發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)模型。
[0009]作為本發(fā)明一種渦軸發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)模型建模方法進(jìn)一步的優(yōu)化方案，步驟A)的具體步驟如下:
[0010]步驟Al)，根據(jù)渦軸發(fā)動(dòng)機(jī)工作條件，將試車數(shù)據(jù)進(jìn)行相似歸一化的換算；
[0011]步驟A2)，對(duì)換算后的數(shù)據(jù)進(jìn)行野點(diǎn)剔除及平滑濾波處理；
[0012]步驟A3)，根據(jù)試車數(shù)據(jù)中穩(wěn)態(tài)過程的數(shù)據(jù)，對(duì)工作狀態(tài)相近的穩(wěn)態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行聚類合并，以此構(gòu)造穩(wěn)態(tài)工作點(diǎn)；
[0013]步驟A4)，根據(jù)穩(wěn)態(tài)工作點(diǎn)，采用多項(xiàng)式擬合法獲得穩(wěn)態(tài)關(guān)系曲線，利用穩(wěn)態(tài)關(guān)系曲線插值獲得穩(wěn)態(tài)基點(diǎn)，并以此構(gòu)造穩(wěn)態(tài)基點(diǎn)插值表；[0014]步驟A5)，根據(jù)構(gòu)造的穩(wěn)態(tài)基點(diǎn)插值表，采用線性插值法建立包含起動(dòng)機(jī)在內(nèi)的渦軸發(fā)動(dòng)機(jī)的穩(wěn)態(tài)實(shí)時(shí)模型。
[0015]作為本發(fā)明一種渦軸發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)模型建模方法進(jìn)一步的優(yōu)化方案，步驟A4)中利用穩(wěn)態(tài)關(guān)系曲線插值獲得穩(wěn)態(tài)基點(diǎn)的詳細(xì)步驟如下:
[0016]將燃?xì)鉁u輪轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速換算值與預(yù)先設(shè)定的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速換算閾值進(jìn)行比較，如果燃?xì)鉁u輪轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速換算值大于等于預(yù)先設(shè)定的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速換算閾值，將穩(wěn)態(tài)關(guān)系曲線以2%的間隔進(jìn)行插值獲得穩(wěn)態(tài)基點(diǎn)；果燃?xì)鉁u輪轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速換算值小于預(yù)先設(shè)定的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速換算閾值，將穩(wěn)態(tài)關(guān)系曲線以3%-5%的間隔進(jìn)行插值獲得穩(wěn)態(tài)基點(diǎn)。
[0017]作為本發(fā)明一種渦軸發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)模型建模方法進(jìn)一步的優(yōu)化方案，步驟B)的具體步驟如下:
[0018]步驟BI)，根據(jù)試車數(shù)據(jù)中動(dòng)態(tài)過程的數(shù)據(jù)，利用剩余燃油量動(dòng)態(tài)系數(shù)法的定義，分別計(jì)算出不同燃?xì)鉁u輪轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速換算值下的燃?xì)鉁u輪轉(zhuǎn)速動(dòng)態(tài)系數(shù)、燃?xì)鉁u輪出口溫度動(dòng)態(tài)系數(shù)、壓氣機(jī)出口壓力動(dòng)態(tài)系數(shù)和動(dòng)力渦輪輸出功率動(dòng)態(tài)系數(shù)，以獲得動(dòng)態(tài)系數(shù)插值表;
[0019]步驟B2)，建立慢車以上狀態(tài)燃?xì)獍l(fā)生器動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)模型，該模型的輸入?yún)?shù)為燃油流量、進(jìn)口總壓、進(jìn)口總溫，輸出參數(shù)為燃?xì)鉁u輪轉(zhuǎn)速、壓氣機(jī)出口壓力、燃?xì)鉁u輪出口溫度，采用剩余燃油流量動(dòng)態(tài)系數(shù)法計(jì)算出模型輸出參數(shù)；
[0020]步驟B3)，建立慢車以上狀態(tài)動(dòng)力渦輪及負(fù)載動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)模型，該模型輸入?yún)?shù)為燃?xì)鉁u輪轉(zhuǎn)速、燃油流量、進(jìn)口總壓、進(jìn)口總溫、負(fù)載桿角度，模型輸出參數(shù)為動(dòng)力渦輪轉(zhuǎn)速、動(dòng)力渦輪輸出功率，分別利用剩余燃油流量動(dòng)態(tài)系數(shù)法和動(dòng)力渦輪轉(zhuǎn)子功率平衡求解模型輸出參數(shù)；
[0021]步驟B4)，建立渦軸發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)階段模型，該模型包括起動(dòng)機(jī)單獨(dú)帶轉(zhuǎn)階段的模型、起動(dòng)機(jī)與燃?xì)鉁u輪共同帶轉(zhuǎn)階段的模型、以及燃?xì)鉁u輪單獨(dú)帶轉(zhuǎn)階段的模型；
[0022]步驟B5)，建立渦軸發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)模型，該模型包含步驟Al)建立的穩(wěn)態(tài)實(shí)時(shí)模型、步驟B2)建立的慢車以上燃?xì)獍l(fā)生器動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)模型、，步驟B3)建立的動(dòng)力渦輪及負(fù)載動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)模型、以及步驟B4)建立的起動(dòng)階段數(shù)學(xué)模型，根據(jù)各個(gè)模型的輸入?yún)?shù)解算各個(gè)模型的輸出參數(shù)。
[0023]作為本發(fā)明一種渦軸發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)模型建模方法進(jìn)一步的優(yōu)化方案，所述動(dòng)態(tài)系數(shù)包含加速系數(shù)和減速系數(shù)。
[0024]作為本發(fā)明一種渦軸發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)模型建模方法進(jìn)一步的優(yōu)化方案，步驟B2)中采用剩余燃油流量動(dòng)態(tài)系數(shù)法計(jì)算出模型輸出參數(shù)時(shí)，燃?xì)鉁u輪轉(zhuǎn)速以前一時(shí)刻的動(dòng)態(tài)值為當(dāng)前時(shí)刻的初始值進(jìn)行累加，壓氣機(jī)出口壓力和燃?xì)鉁u輪出口溫度以當(dāng)前時(shí)刻的穩(wěn)態(tài)值作為初始值進(jìn)行累加。
[0025]作為本發(fā)明一種渦軸發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)模型建模方法進(jìn)一步的優(yōu)化方案，步驟B3)中采用剩余燃油流量動(dòng)態(tài)系數(shù)法計(jì)算出模型輸出參數(shù)時(shí)，動(dòng)力渦輪輸出功率以當(dāng)前時(shí)刻的穩(wěn)態(tài)值作為初始值進(jìn)行累加。
[0026]作為本發(fā)明一種渦軸發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)模型建模方法進(jìn)一步的優(yōu)化方案，步驟B2)中采用剩余燃油流量動(dòng)態(tài)系數(shù)法計(jì)算出燃?xì)鉁u輪出口溫度后，作為參數(shù)輸入至一階慣性溫度傳感器模型，以獲得能夠反映延遲效應(yīng)的出燃?xì)鉁u輪出口溫度輸出參數(shù)。[0027]—種基于所述渦軸發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)模型建模方法的系統(tǒng)，包括試車數(shù)據(jù)預(yù)處理模塊、穩(wěn)態(tài)工作區(qū)域判定邏輯模塊、動(dòng)態(tài)工作區(qū)域判定邏輯模塊、穩(wěn)態(tài)基點(diǎn)自動(dòng)生成模塊、動(dòng)態(tài)加減速系數(shù)自動(dòng)生成模塊和動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)模型計(jì)算運(yùn)行模塊:
[0028]所述試車數(shù)據(jù)預(yù)處理模塊用于對(duì)原始試車數(shù)據(jù)進(jìn)行剔除野點(diǎn)和平滑濾波處理；
[0029]所述穩(wěn)態(tài)工作區(qū)域判定邏輯模塊用于根據(jù)經(jīng)所述試車數(shù)據(jù)預(yù)處理模塊處理后的試車數(shù)據(jù)中穩(wěn)態(tài)過程的數(shù)據(jù)，獲得穩(wěn)態(tài)工作點(diǎn)數(shù)據(jù)；
[0030]所述動(dòng)態(tài)工作區(qū)域判定邏輯模塊用于判定經(jīng)所述試車數(shù)據(jù)預(yù)處理模塊處理后的試車數(shù)據(jù)中的動(dòng)態(tài)工作范圍，獲得不同燃?xì)鉁u輪轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速換算值下燃?xì)鉁u輪轉(zhuǎn)速動(dòng)態(tài)系數(shù)、燃?xì)鉁u輪出口溫度動(dòng)態(tài)系數(shù)、壓氣機(jī)出口壓力動(dòng)態(tài)系數(shù)以及動(dòng)力渦輪輸出功率的加速系數(shù)與減速系數(shù)；
[0031]所述穩(wěn)態(tài)基點(diǎn)自動(dòng)生成模塊用于根據(jù)穩(wěn)態(tài)工作區(qū)域判定邏輯模塊中生成的穩(wěn)態(tài)工作點(diǎn)數(shù)據(jù)、采用聚類合并法和擬合插值法計(jì)算出穩(wěn)態(tài)基點(diǎn)，生成穩(wěn)態(tài)基點(diǎn)插值表；
[0032]所述動(dòng)態(tài)加減速系數(shù)自動(dòng)生成模塊用于根據(jù)所述動(dòng)態(tài)工作區(qū)域判定邏輯模塊中生成的不同燃?xì)鉁u輪轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速換算值下燃?xì)鉁u輪轉(zhuǎn)速動(dòng)態(tài)系數(shù)、燃?xì)鉁u輪出口溫度動(dòng)態(tài)系數(shù)、壓氣機(jī)出口壓力動(dòng)態(tài)系數(shù)以及動(dòng)力渦輪輸出功率的加速、減速系數(shù)，采用擬合插值法獲得其在穩(wěn)態(tài)基點(diǎn)對(duì)應(yīng)下的加速、減速系數(shù)，生成動(dòng)態(tài)加減速系數(shù)插值表；
[0033]所述動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)模型計(jì)算運(yùn)行模塊用于根據(jù)所述穩(wěn)態(tài)基點(diǎn)自動(dòng)生成模塊生成的穩(wěn)態(tài)基點(diǎn)插值表和所述動(dòng)態(tài)加減速系數(shù)自動(dòng)生成模塊中生成的動(dòng)態(tài)加減速系數(shù)插值表，采用動(dòng)態(tài)加減速系數(shù)法、根據(jù)渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)模型的輸入?yún)?shù)計(jì)算出發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)模型的輸出參數(shù)。
[0034]本發(fā)明采用以上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下技術(shù)效果:
[0035](I)本發(fā)明提出的渦軸發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)模型構(gòu)建方法，能適用于在缺乏部件特性數(shù)據(jù)只利用試車數(shù)據(jù)情況下的渦軸發(fā)動(dòng)機(jī)建模，是一種有效的數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的渦軸發(fā)動(dòng)機(jī)模型建模方法。
[0036](2)本發(fā)明提出的渦軸發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)模型構(gòu)建方法，為改善動(dòng)態(tài)模型精度，建模時(shí)引入了加速過程和減速過程兩組動(dòng)態(tài)系數(shù)，該模型能模擬包含起動(dòng)、慢車以上狀態(tài)的渦軸發(fā)動(dòng)機(jī)全狀態(tài)工況，且模型計(jì)算耗時(shí)小，能滿足渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)載實(shí)時(shí)需求；
[0037](3)本發(fā)明設(shè)計(jì)的渦軸發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)模型系統(tǒng)，能自動(dòng)生成穩(wěn)態(tài)基點(diǎn)插值表和動(dòng)態(tài)系數(shù)插值表，將其存儲(chǔ)在該軟件相應(yīng)路徑下即可獲得基于該試驗(yàn)數(shù)據(jù)的發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)模型，降低勞動(dòng)強(qiáng)度，節(jié)約設(shè)計(jì)開發(fā)成本，且并不局限于某一型號(hào)渦軸發(fā)動(dòng)機(jī)，具有一定的通用性。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0038]圖1是渦軸發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)模型建模方法的流程圖；
[0039]圖2是某型渦軸發(fā)動(dòng)機(jī)慢車以上狀態(tài)穩(wěn)態(tài)區(qū)域聚類合并效果對(duì)比圖；
[0040]圖3是某型渦軸發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)模型(含起動(dòng))穩(wěn)態(tài)基點(diǎn)插值表；
[0041]圖4是某型渦軸發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)模型(含起動(dòng))動(dòng)態(tài)加減速系數(shù)插值表；
[0042]圖5是某型渦軸發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)模型起動(dòng)階段燃?xì)鉁u輪轉(zhuǎn)速仿真效果圖；
[0043]圖6是某型渦軸發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)模型起動(dòng)階段壓氣機(jī)出口壓力仿真效果圖；[0044]圖7是某型渦軸發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)模型起動(dòng)階段燃?xì)鉁u輪出口溫度仿真效果圖；
[0045]圖8是某型渦軸發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)模型的燃?xì)獍l(fā)生器的燃?xì)鉁u輪轉(zhuǎn)速仿真效果圖；
[0046]圖9是某型渦軸發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)模型的燃?xì)獍l(fā)生器的壓氣機(jī)出口壓力仿真效果圖；
[0047]圖10是某型渦軸發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)模型的燃?xì)獍l(fā)生器的燃?xì)鉁u輪出口溫度仿真效果圖；
[0048]圖11是某型渦軸發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)模型的動(dòng)力渦輪及負(fù)載仿真效果圖。
【具體實(shí)施方式】
[0049]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)一步的詳細(xì)說明:
[0050]本發(fā)明的思路是針對(duì)先進(jìn)渦軸發(fā)動(dòng)機(jī)在缺少部件特性數(shù)據(jù)情況下的發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)時(shí)模型需求，在現(xiàn)有航空發(fā)動(dòng)機(jī)通用模型建模方法基礎(chǔ)上進(jìn)行擴(kuò)展，利用剩余燃油流量動(dòng)態(tài)加減速系數(shù)法，建立起包括起動(dòng)模型、慢車以上狀態(tài)燃?xì)獍l(fā)生器模型和動(dòng)力渦輪及負(fù)載模型在內(nèi)的渦軸發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)模型，相比于非線性部件級(jí)模型該模型計(jì)算耗時(shí)明顯減小，能滿足機(jī)載實(shí)時(shí)性要求，適用于缺少部件特性只依據(jù)試車數(shù)據(jù)的建模，同時(shí)設(shè)計(jì)的發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)模型自動(dòng)生成軟件能自動(dòng)獲取穩(wěn)態(tài)基點(diǎn)插值表和動(dòng)態(tài)加減速系數(shù)表，以固定格式與路徑保存于編制的動(dòng)態(tài)模型系統(tǒng)中即可獲得渦軸發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)態(tài)模型，該方法是渦軸發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)時(shí)模型的數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)建模的有益嘗試，能顯著降低勞動(dòng)強(qiáng)度，減少設(shè)計(jì)開發(fā)成本。
[0051]本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】以某型渦軸發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)模型構(gòu)建與模型自動(dòng)生成為例，圖1是渦軸發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)模型建模計(jì)算流程圖，該動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)模型及系統(tǒng)的建立方法包括以下步驟:
[0052]步驟A)，建立渦軸發(fā)動(dòng)機(jī)穩(wěn)態(tài)實(shí)時(shí)模型；
[0053]步驟B)，采用剩余燃油流量動(dòng)態(tài)加減速系數(shù)法建立渦軸發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)模型。
[0054]其中步驟A)的詳細(xì)步驟如下:
[0055]步驟Al)、渦軸發(fā)動(dòng)機(jī)穩(wěn)態(tài)實(shí)時(shí)模型參數(shù)相似歸一化換算，由于試車數(shù)據(jù)是在不同的大氣條件下進(jìn)行試車試驗(yàn)獲得的，因此需對(duì)原始試車數(shù)據(jù)進(jìn)行相似變換，將其換算到標(biāo)準(zhǔn)大氣狀況下(PelOUZSPa，?\=288.15Κ)，以便將其用于適用于不同大氣條件的發(fā)動(dòng)機(jī)簡(jiǎn)化模型建模中。在環(huán)境溫度為T1，環(huán)境壓力為P1的大氣條件下,燃?xì)鉁u輪轉(zhuǎn)速Ng、動(dòng)力渦輪輸出功率Ne、燃油流量Wf、燃?xì)鉁u輪出口溫度T45和壓氣機(jī)出口壓力P3的換算公式如下
【權(quán)利要求】
1.一種渦軸發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)模型建模方法，其特征在于，包括以下步驟: 步驟A)，建立渦軸發(fā)動(dòng)機(jī)穩(wěn)態(tài)實(shí)時(shí)模型； 步驟B)，采用剩余燃油流量動(dòng)態(tài)加減速系數(shù)法建立渦軸發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)模型。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的渦軸發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)模型建模方法，其特征在于，步驟A)的具體步驟如下: 步驟Al)，根據(jù)渦軸發(fā)動(dòng)機(jī)工作條件，將試車數(shù)據(jù)進(jìn)行相似歸一化的換算； 步驟A2)，對(duì)換算后的數(shù)據(jù)進(jìn)行野點(diǎn)剔除及平滑濾波處理； 步驟A3)，根據(jù)試車數(shù)據(jù)中穩(wěn)態(tài)過程的數(shù)據(jù)，對(duì)工作狀態(tài)相近的穩(wěn)態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行聚類合并，以此構(gòu)造穩(wěn)態(tài)工作點(diǎn)； 步驟A4)，根據(jù)穩(wěn)態(tài)工作點(diǎn)，采用多項(xiàng)式擬合法獲得穩(wěn)態(tài)關(guān)系曲線，利用穩(wěn)態(tài)關(guān)系曲線插值獲得穩(wěn)態(tài)基點(diǎn)，并以此構(gòu)造穩(wěn)態(tài)基點(diǎn)插值表； 步驟A5)，根據(jù)構(gòu)造的穩(wěn)態(tài)基點(diǎn)插值表，采用線性插值法建立包含起動(dòng)機(jī)在內(nèi)的渦軸發(fā)動(dòng)機(jī)的穩(wěn)態(tài)實(shí)時(shí)模型。
3.如權(quán)利要求2所述的渦軸發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)模型建模方法，其特征在于，步驟A4)中利用穩(wěn)態(tài)關(guān)系曲線插值獲得穩(wěn)態(tài)基點(diǎn)的詳細(xì)步驟如下: 將燃?xì)鉁u輪轉(zhuǎn)速換算值與預(yù)先設(shè)定的轉(zhuǎn)速換算閾值進(jìn)行比較，如果燃?xì)鉁u輪轉(zhuǎn)速換算值大于等于預(yù)先設(shè)定的轉(zhuǎn)速換算閾值，將穩(wěn)態(tài)關(guān)系曲線以約2%的間隔進(jìn)行插值獲得穩(wěn)態(tài)基點(diǎn)；果燃?xì)鉁u輪轉(zhuǎn)速換算值小于預(yù)先設(shè)定的轉(zhuǎn)速換算閾值，將穩(wěn)態(tài)關(guān)系曲線以3%-5%的間隔進(jìn)行插值獲得穩(wěn)態(tài)基點(diǎn)。
4.如權(quán)利要求2所述的渦軸發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)模型建模方法，其特征在于，步驟B)的具體步驟如下: 步驟BI)，根據(jù)試車數(shù)據(jù)中動(dòng)態(tài)過程的數(shù)據(jù)，利用剩余燃油量動(dòng)態(tài)系數(shù)法的定義，分別計(jì)算出不同燃?xì)鉁u輪轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速換算值下的燃?xì)鉁u輪轉(zhuǎn)速動(dòng)態(tài)系數(shù)、燃?xì)鉁u輪出口溫度動(dòng)態(tài)系數(shù)、壓氣機(jī)出口壓力動(dòng)態(tài)系數(shù)和動(dòng)力渦輪輸出功率動(dòng)態(tài)系數(shù)，以獲得動(dòng)態(tài)系數(shù)插值表；步驟B2)，建立慢車以上狀態(tài)燃?xì)獍l(fā)生器動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)模型，該模型的輸入?yún)?shù)為燃油流量、進(jìn)口總壓、進(jìn)口總溫，輸出參數(shù)為燃?xì)鉁u輪轉(zhuǎn)速、壓氣機(jī)出口壓力、燃?xì)鉁u輪出口溫度，采用剩余燃油流量動(dòng)態(tài)系數(shù)法計(jì)算出模型輸出參數(shù)； 步驟B3)，建立慢車以上狀態(tài)動(dòng)力渦輪及負(fù)載動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)模型，該模型輸入?yún)?shù)為燃?xì)鉁u輪轉(zhuǎn)速、燃油流量、進(jìn)口總壓、進(jìn)口總溫、負(fù)載桿角度，模型輸出參數(shù)為動(dòng)力渦輪轉(zhuǎn)速、動(dòng)力渦輪輸出功率，分別利用剩余燃油流量動(dòng)態(tài)系數(shù)法和動(dòng)力渦輪轉(zhuǎn)子功率平衡求解模型輸出參數(shù)； 步驟B4)，建立渦軸發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)階段數(shù)學(xué)模型，該模型包括起動(dòng)機(jī)單獨(dú)帶轉(zhuǎn)階段的模型、起動(dòng)機(jī)與燃?xì)鉁u輪共同帶轉(zhuǎn)階段的模型、以及燃?xì)鉁u輪單獨(dú)帶轉(zhuǎn)階段的模型； 步驟B5)，建立渦軸發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)模型，該模型包含步驟A5)建立的穩(wěn)態(tài)實(shí)時(shí)模型、步驟B2)建立的慢車以上燃?xì)獍l(fā)生器動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)模型、步驟B3)建立的動(dòng)力渦輪及負(fù)載動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)模型、以及步驟B4)建立的起動(dòng)階段數(shù)學(xué)模型，根據(jù)各個(gè)模型的輸入?yún)?shù)解算各個(gè)模型的輸出參數(shù)。
5.如權(quán)利要求4所述渦軸發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)模型建模方法，其特征在于，所述動(dòng)態(tài)系數(shù)包含加速系數(shù)和減速系數(shù)。
6.如權(quán)利要求4所述渦軸發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)模型建模方法，其特征在于，步驟B2)中采用剩余燃油流量動(dòng)態(tài)系數(shù)法計(jì)算出模型輸出參數(shù)時(shí)，燃?xì)鉁u輪轉(zhuǎn)速以前一時(shí)刻的動(dòng)態(tài)值為當(dāng)前時(shí)刻的初始值進(jìn)行累加，壓氣機(jī)出口壓力和燃?xì)鉁u輪出口溫度以當(dāng)前時(shí)刻的穩(wěn)態(tài)值作為初始值進(jìn)行累加。
7.如權(quán)利要求4所述渦軸發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)模型建模方法，其特征在于，步驟B3)中采用剩余燃油流量動(dòng)態(tài)系數(shù)法計(jì)算出模型輸出參數(shù)時(shí)，動(dòng)力渦輪輸出功率以當(dāng)前時(shí)刻的穩(wěn)態(tài)值作為初始值進(jìn)行累加。
8.如權(quán)利要求4所述渦軸發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)模型建模方法，其特征在于，步驟B2)中采用剩余燃油流量動(dòng)態(tài)系數(shù)法計(jì)算出燃?xì)鉁u輪出口溫度后，作為參數(shù)輸入至一階慣性溫度傳感器模型，以獲得能夠反映延遲效應(yīng)的出燃?xì)鉁u輪出口溫度輸出參數(shù)。
9.基于權(quán)利要求4所述渦軸發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)模型建模方法的系統(tǒng)，其特征在于，包括試車數(shù)據(jù)預(yù)處理模塊、穩(wěn)態(tài)工作區(qū)域判定邏輯模塊、動(dòng)態(tài)工作區(qū)域判定邏輯模塊、穩(wěn)態(tài)基點(diǎn)自動(dòng)生成模塊、動(dòng)態(tài)加減速系數(shù)自動(dòng)生成模塊和動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)模型計(jì)算運(yùn)行模塊: 所述試車數(shù)據(jù)預(yù)處理模塊用于對(duì)原始試車數(shù)據(jù)進(jìn)行剔除野點(diǎn)和平滑濾波處理； 所述穩(wěn)態(tài)工作區(qū)域判定邏輯模塊用于根據(jù)經(jīng)所述試車數(shù)據(jù)預(yù)處理模塊處理后的試車數(shù)據(jù)中穩(wěn)態(tài)過程的數(shù)據(jù)，獲得穩(wěn)態(tài)工作點(diǎn)數(shù)據(jù)； 所述動(dòng)態(tài)工作區(qū)域判定邏輯模塊用于判定經(jīng)所述試車數(shù)據(jù)預(yù)處理模塊處理后的試車數(shù)據(jù)中的動(dòng)態(tài)工作范圍，獲得不同燃?xì)鉁u輪轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速換算值下燃?xì)鉁u輪轉(zhuǎn)速動(dòng)態(tài)系數(shù)、燃?xì)鉁u輪出口溫度動(dòng)態(tài)系數(shù)、壓氣機(jī)出口壓力動(dòng)態(tài)系數(shù)以及動(dòng)力渦輪輸出功率的加速系數(shù)與減速系數(shù)； 所述穩(wěn)態(tài)基點(diǎn)自動(dòng)生成模塊用于根據(jù)穩(wěn)態(tài)工作區(qū)域判定邏輯模塊中生成的穩(wěn)態(tài)工作點(diǎn)數(shù)據(jù)、采用聚類合并法和擬合插值法計(jì)算出穩(wěn)態(tài)基點(diǎn)，生成穩(wěn)態(tài)基點(diǎn)插值表； 所述動(dòng)態(tài)加減速系數(shù)自動(dòng)生成模塊用于根據(jù)所述動(dòng)態(tài)工作區(qū)域判定邏輯模塊中生成的不同燃?xì)鉁u輪轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速換算值下燃?xì)鉁u輪轉(zhuǎn)速動(dòng)態(tài)系數(shù)、燃?xì)鉁u輪出口溫度動(dòng)態(tài)系數(shù)、壓氣機(jī)出口壓力動(dòng)態(tài)系數(shù)以及動(dòng)力渦輪輸出功率的加速、減速系數(shù)，采用擬合插值法獲得其在穩(wěn)態(tài)基點(diǎn)對(duì)應(yīng)下的加速、減速系數(shù)，生成動(dòng)態(tài)加減速系數(shù)插值表； 所述動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)模型計(jì)算運(yùn)行模塊用于根據(jù)所述穩(wěn)態(tài)基點(diǎn)自動(dòng)生成模塊生成的穩(wěn)態(tài)基點(diǎn)插值表和所述動(dòng)態(tài)加減速系數(shù)自動(dòng)生成模塊中生成的動(dòng)態(tài)加減速系數(shù)插值表，采用動(dòng)態(tài)加減速系數(shù)法、根據(jù)渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)模型的輸入?yún)?shù)計(jì)算出發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)模型的輸出參數(shù)。
【文檔編號(hào)】G06F17/50GK103838920SQ201410050351
【公開日】2014年6月4日 申請(qǐng)日期:2014年2月13日 優(yōu)先權(quán)日:2014年2月13日
【發(fā)明者】魯峰, 黃金泉, 張冬冬, 姚文榮, 邢耀東 申請(qǐng)人:南京航空航天大學(xué)