航空发动机大偏差状态变量模型建立方法

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1、第42卷第2期2010年4月南京航空航天大学学报JournalofNanjingUniversityofAeronautics&AstronauticsV01．42No．2Apr．2010航空发动机大偏差状态变量模型建立方法李秋红孙健国(南京航空航天大学能源与动力学院，南京．210016)摘要：提出一种基于各参数物理意义的状态变量模型建立方法，研究了模型参数在包线内的变化情况。建模过程中，首先建立航空发动机的小偏差状态变量模型，再采用线性插值的方法构造航空发动机的大偏差状态变量模型。采用本方法建立的小偏

2、差数学模型完全能保证模型的稳态精度，并取得了较高的动态建模精度，其计算工作量比原拟合法更小、运算速度更快。同时模型各参数物理意义明确，在包线内的变化较有规律，在构造大偏差模型时获得了较高的模型精度。关键词：航空发动机；状态变量模型；大偏差；小偏差中图分类号：TP273文献标识码：A文章编号：1005—2615(2010)02—0175—04Aero··engineLarge—·DeviationStateVariableModelingLiQiuhong，SunJianguo(CollegeofEner

3、gyandPowerEngineering，NanjingUniversityofAeronautics＆Astronautics，Nanjing．210016，China)Abstract：Astatevariablemodelingmethodisintroducedbasedonthephysicalparameters，andthechangeregularityofmodelparametersintheenvelopeisresearched．Firstly，thesmall—deviati

4、onstatevariablemodels(SVMs)areestablished，andthenthelarge—deviationSVMiSobtainedbythelinearin—sertapproach．Thesmall—deviationmathematicalmodelbuiltbythemethodcanguaranteethestaticpre—cisionofthemodel，thusitobtainsahighdynamicprecision．Thecalculationworkl

5、oadislessandtheoperationspeedisfasterthanthatoftheoldcurvefittingmethod．Meanwhile，modelparametershaveclearlyphysicalmeaningandchangerelativeregularityintheenvelope．Thelarge—deviationstatevari—ablemodelbuiltbythemethodhasagoodprecise．Keywords：aero-engine；

6、statevariablemodel；large—deviation；small—deviation在航空发动机多变量控制方法中，较为完善和成熟的仍是线性控制方法，因此线性化模型无论在航空发动机的控制、性能优化还是故障诊断中都得到了应用[1≈]。由于航空发动机本质上是一个强非线性对象，在飞行包线内参数变化范围大，其线性化模型只能是在发动机的某个稳定工作点附近通过线性化近似得到，即为发动机小偏差线性化数学模型。若要得到大偏差的线性化数学模型，则需在不同的工作点建立多个小偏差数学模型，再利用插值运算获得大偏

7、差线性化数学模型，因此小偏差线性化模型是大偏差线性化模型的基础。传统的航空发动机小偏差状态变量模型的建模方法主要是偏导数法“别，由于偏导数难以在实际系统上准确获得，所以建模误差较大。曲线拟合法在近年来受到了较多的关注邙-7]，其中文献[6]中介绍了频域加权建模技术，文献[7]中是时域建模技术，建模误差在最／b-乘意义下最小。文献[8]中介绍的方法需要通过修正才能取得较好的建模精度，文献[9]中所述建模方法是对文献ET]中建模方法的改进。文献[93和文献[7]中的方法在获得大偏差数学模型时存在缺陷，就是通

8、过插值运算计算非设计点模型时，各状态参数变化规则性较弱，并且参数之间互相制约，所得模型的精度低。文献[103提出了采用黄金分割法建立涡轴发动的状态变量模型，由此方法建立小偏差状态变量模型，在通过插值获得大偏差状态变量模型时模型误差小于2％，但其只讨论了单输入收稿日期：2009—01—15；修订日期：2009—12—04作者简介：李秋红，女，副教授，1972年6月生，E-mail：lqh203@nuaa．edu．cn。176南京航空航天大学学