基于改进粒子群优化算法的飞机作动系统功率调度

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1、2016年10月北京航空航天大学学报October2016第42卷第10期JournalofBeijingUniversityofAeronauticsandAstronauticsV01．42No．10http：／／bhxb．buaa．edu．cnjbuaa@buaa．edu．enDOI：10．13700／j．bh．1001-5965．2015．0708基于改进粒子群优化算法的飞机作动系统功率调度石山+，刘德鹏，李成茂(空军工程大学航空航天工程学院，西安710038)摘要：针对驱动飞机舵面的机电作动系统在轻载工况下电能浪费量

2、大的问题，提出了多机电作动系统的驱动方案，为保证系统在最优的效率点附近工作，根据电动机效率和负载率之间的非线性关系，建立其功率调度的数学模型。改进了二进制和基本粒子群优化算法，并将2种算法互相嵌套，分别对机电作动系统组合方式和负荷分配进行交替迭代来求模型最优解，全局寻优能力强、收敛速度快；把投入工作的机电作动系统最小序号值引入适应度函数，解决了功率平衡约束，简化了运算；针对备用约束，建立系统启停优先顺序，提高了优化能力。仿真实验表明，改进的粒子群优化算法对飞机机电作动系统的功率调度有效，有助于飞机的能量优化。关键词：改进粒子群

3、优化算法；功率调度；多机电作动系统；组合优化；能量优化中图分类号：V221+．3；TB553文献标识码：A文章编号：1001．5965(2016)10-2024-07随着多／全电飞机技术的发展，提高电气设备利用率，减少电能损耗显得格外重要⋯。为此，美国推出了综合飞行器能量技术(IntegratedVehi．cle&EnergyTechnology，INVENT)项目，并提出了能量优化飞机(EnergyOptimizedAircraft，EOA)的概念¨。。，计划对能量进行有效管理M1，探索一种按需、按实际工作阶段灵活运行的自适

4、应子系统H。，从而大大提高系统的效率，降低总的热载荷。由于飞机舵面处于经常动作状态，因而其功率的合理调度显得十分重要。目前，多／全电飞机的主飞控舵面以单体式结构为主，舵面由一台到两台作动器驱动∞1，且这些作动器都是按照峰值功率进行设计的，导致舵面在功率需求低时效率极其低下，因而会产生大量的损耗并转化为热量¨1。因此，采用多个机电作动系统旧⋯，根据舵面的实时功率需求，对多机电作动系统进行合理的优化调度，使系统紧密地保持在最优效率点附近工作，不仅会为系统增加余度，提高其可靠性，还将会为消除飞机热约束、减小能量损耗、增大航程和提升红

5、外隐身性能创造条件¨0

6、。驱动飞机舵面的多机电作动系统的优化调度是高维、不可微、非凸和非线性的复杂混合整数规划问题，很难找出理论上的最优解¨1

7、。粒子群优化(ParticleSwarmOptimization，PSO)算法是一种基于群智能的演化计算方法，能在较短计算时间内产生高质量的解，但其缺点是易陷于局部极小点，搜索精度不高¨2

8、。考虑到作动系统优化调度问题运算复杂、对精度要求高的具体特点，需要对基本粒子群优化算法和二进制粒子群优化(BinaryParticleSwarmOptimization，BPSO)算法进行改进。1多

9、机电作动系统功率调度的数学模型1．1系统结构本文以4个机电作动器驱动的舵面为例进行说明，系统结构如图1所示。舵面的驱动由两级控制器进行控制实现：第一级的功率调度控制器负责获取当前的功率需求，并在多机电作动系统收稿日期：2015—11-02；录用日期：2016-01-27；网络出版时间：2016-03-1514：31网络出版地址：WWW．cnki．net／kcms／detail／11．2625．V．20160315．1431．005．html}通讯作者：Tel．：13109521141E·mail：shishankgy@163．

10、corn；f用格式：石山，刘德鹏，李成茂．基于改进粒子群优化算法的飞机作动系统功率调度ⅣJ．北京航空航天大学学报，2016，42(io)：2024-2030．SHIS，LIUDP，LICM．Powerdispatchofactuatorofaircraftbasedoilimpwvedparticleswarmoptimizationalgo-rlthmfJJ．JournalofBeijingUniversityofAeronauticsandAstronautics，2016，42(JO)：2024—2030(inChine

11、seJ．第10期石山，等：基于改进粒子群优化算法的飞机作动系统功率调度2025功率调度粤匮幢控制器皇垫垫H垫塑堡垫面菊卜—n丽皇塑塑H塾塑堡塑面丽卜4面丽再图1多机电作动系统结构Fig．1Structureofmulti—electromechanicalactuator中进