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自适应性 发动机模型 扭矩分担优化

阅读：649发布：2020-05-13

专利汇可以提供自适应性发动机模型扭矩分担优化专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且提供一种用于使用自适应性发动机模型来确定多发动机系统中的发动机之间的扭矩分担的系统和方法。在一个实施例中，确定扭矩分担的方法可包括至少部分地基于第一发动机(110)的测量运行点而产生规定第一发动机的扭矩‑ 燃料流量关系的第一模型(515)；以及至少部分地基于第二发动机(120)的测量运行点而产生规定第二发动机的扭矩‑燃料流量关系的第二模型(525)。方法可进一步包括至少部分地基于第一模型和第二模型而确定第一发动机和第二发动机(120)的减少第一发动机(110)和第二发动机(120)的总燃料流量的扭矩分担；以及至少部分地基于扭矩分担而控制第一发动机(110)和第二发动机(120)的扭矩输出。，下面是自适应性发动机模型扭矩分担优化专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种确定多发动机系统(100)的扭矩分担的方法，所述多发动机系统(100)具有联接到至少一个轴(130)上的第一发动机(110)和第二发动机(120)，所述方法包括：
通过一个或多个控制装置(230)至少部分地基于所述第一发动机(110)的测量运行点而产生规定第一发动机(110)的扭矩-燃料流量关系的第一模型(515)；
通过所述一个或多个控制装置(230)至少部分地基于所述第二发动机(120)的测量运行点而产生规定第二发动机(120)的扭矩-燃料流量关系的第二模型(525)；
通过所述一个或多个控制装置(230)至少部分地基于所述第一模型(515)和所述第二模型(525)而确定所述第一发动机(110)和所述第二发动机(120)的减少所述第一发动机(110)和所述第二发动机(120)的总燃料流量的扭矩分担；以及
通过所述一个或多个控制装置(230)至少部分地基于所述扭矩分担而控制所述第一发动机(110)和所述第二发动机(120)的扭矩输出。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，使用所述第一模型(515)和所述第二模型(525)来确定所述扭矩分担，以提供所述第一发动机(110)和所述第二发动机(120)的总扭矩输出。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，至少部分地基于第一发动机模型(510)而产生所述第一模型(515)，并且至少部分地基于第二发动机模型(520)而产生所述第二模型(525)，所述第一发动机模型(510)和所述第二发动机模型(520)各自包括基于物理特性的多参数发动机模型。
4. 根据权利要求3所述的方法，其特征在于，通过所述一个或多个控制装置(230)产生所述第一模型(515)包括：
通过所述一个或多个控制装置(230)使用第一跟踪滤波器至少部分地基于所述第一发动机(110)的一个或多个测量运行点而调谐所述第一发动机模型(510)，以产生第一经调谐发动机模型；以及
通过所述一个或多个计算装置至少部分地基于所述第一经调谐发动机模型而产生规定扭矩-燃料流量关系的所述第一模型(515)。
5. 根据权利要求4所述的方法，其特征在于，通过所述一个或多个控制装置(230)产生所述第二模型(525)包括：
通过所述一个或多个控制装置(230)使用第二跟踪滤波器至少部分地基于所述第二发动机(120)的一个或多个测量运行点而调谐所述第二发动机模型(520)，以产生第二经调谐发动机模型；以及
通过所述一个或多个计算装置至少部分地基于所述第二经调谐发动机模型而产生规定扭矩-燃料流量关系的所述第二模型(525)。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，通过所述一个或多个控制装置(230)产生所述第一模型(515)进一步包括通过所述一个或多个控制装置(230)确定所述第一发动机(110)的一个或多个辅助控制运行参数，根据第一发动机模型(510)至少部分地基于所述一个或多个辅助控制运行参数而确定所述第一模型(515)。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，通过所述一个或多个控制装置(230)产生所述第二模型(525)进一步包括通过所述一个或多个控制装置(230)确定所述第二发动机(120)的一个或多个辅助控制运行参数，根据所述第二发动机模型(520)至少部分地基于所述一个或多个辅助控制运行参数而确定所述第二模型(525)。
8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述第一发动机(110)的所述一个或多个辅助控制运行参数包括所述第一发动机(110)的可变几何结构位置或所述第一发动机(110)的可变放泄阀位置中的一个或多个。
9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述第二发动机(120)的所述一个或多个辅助控制运行参数包括所述第二发动机(120)的可变几何结构位置或所述第一发动机(110)的可变放泄阀位置中的一个或多个。
10.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，使用第一性能搜索控制过程来确定所述第一发动机(110)的所述一个或多个辅助控制运行参数。

说明书全文

自适应性发动机模型 扭矩分担优化

技术领域

[0001] 本主题大体涉及确定用于航空、航海和其它应用的多发动机系统的扭矩分担(split)。

背景技术

[0002] 在诸如多发动机涡轮轴应用的一些应用中，多个发动机可用来通过齿轮箱对公共轴提供扭矩。与各个发动机相关联的扭矩可加总，以在公共轴处提供总扭矩。在一些情况下，多发动机应用中的各个发动机可提供不同的扭矩，同时多个发动机在轴上的加总扭矩保持在期望总扭矩输出。

[0003] 发动机模型可用来对发动机的多个运行点建模且确定发动机的多个运行点，诸如发动机的扭矩输出。例如，发动机模型可用来对扭矩-燃料流量特性建模。在一些情况下，发动机模型还可对其它参数或变量建模，诸如发动机的可变几何结构(例如，可变定子导叶、入口导叶等)的位置和可变放泄阀位置。典型地基于与发动机类型相关联的标称特性离线地限定发动机模型。发明内容

[0004] 本发明的各方面和优点将部分地在以下描述中阐述，或根据描述，本发明的各方面和优点可为显而易见的，或可通过实践本发明来学习本发明的各方面和优点。

[0005] 本公开的一个示例方面涉及确定多发动机系统的扭矩分担的方法，多发动机系统具有联接到至少一个轴上的第一发动机和第二发动机。方法包括通过一个或多个控制装置至少部分地基于第一发动机的测量运行点而产生规定第一发动机的扭矩-燃料流量关系的第一模型，并且通过一个或多个控制装置至少部分地基于第二发动机的测量运行点而产生规定第二发动机的扭矩-燃料流量关系的第二模型。方法进一步包括通过一个或多个控制装置至少部分地基于第一模型和第二模型而确定第一发动机和第二发动机的减少第一发动机和第二发动机的总燃料流量的扭矩分担。方法进一步包括通过一个或多个控制装置至少部分地基于扭矩分担而控制第一发动机和第二发动机的扭矩输出。

[0006] 本公开的又一个示例方面涉及用于航空器的控制系统，航空器具有对轴提供扭矩的多个发动机。控制系统包括一个或多个处理器和一个或多个存储器装置。控制系统进一步包括一个或多个第一传感器，其构造成获得与第一发动机相关联的一个或多个运行参数的测量值。控制系统进一步包括一个或多个第二传感器，其构造成获得与第二发动机相关联的一个或多个运行参数的测量值。一个或多个存储器装置可存储计算机可读指令，当被一个或多个处理器执行时，计算机可读指令使一个或多个处理器执行操作。操作可包括：至少部分地基于一个或多个第一传感器获得的一个或多个运行参数测量值而产生规定第一发动机的扭矩-燃料流量关系的第一模型；至少部分地基于一个或多个第二传感器获得的一个或多个运行参数的测量值而产生规定第二发动机的扭矩-燃料流量关系的第二模型；至少部分地基于第一模型和第二模型而确定第一发动机和第二发动机的减少第一发动机和第二发动机的总燃料流量的扭矩分担；以及至少部分地基于扭矩分担而控制第一发动机和第二发动机的扭矩输出。

[0007] 本公开的又一个示例方面涉及航空器。航空器包括第一发动机，其构造成对至少一个轴提供第一扭矩；第二发动机，其构造成对至少一个轴提供第二扭矩。航空器进一步包括控制系统，其编程成执行操作。操作可包括至少部分地基于第一发动机的测量运行点而产生规定第一发动机的扭矩-燃料流量关系的第一模型；至少部分地基于第二发动机的测量运行点而产生规定第二发动机的扭矩-燃料流量关系的第二模型；至少部分地基于第一模型和第二模型而确定第一发动机的第一扭矩和第二发动机的第二扭矩，所述第一扭矩和第二扭矩减少第一发动机和第二发动机的总燃料流量；以及至少部分地基于第一扭矩和第二扭矩而控制第一发动机和第二发动机的扭矩输出。

[0008] 技术方案1. 一种确定多发动机系统的扭矩分担的方法，所述多发动机系统具有联接到至少一个轴上的第一发动机和第二发动机，所述方法包括：通过一个或多个控制装置至少部分地基于所述第一发动机的测量运行点而产生规定第一发动机的扭矩-燃料流量关系的第一模型；
通过所述一个或多个控制装置至少部分地基于所述第二发动机的测量运行点而产生规定第二发动机的扭矩-燃料流量关系的第二模型；
通过所述一个或多个控制装置至少部分地基于所述第一模型和所述第二模型而确定所述第一发动机和所述第二发动机的减少所述第一发动机和所述第二发动机的总燃料流量的扭矩分担；以及
通过所述一个或多个控制装置至少部分地基于所述扭矩分担而控制所述第一发动机和所述第二发动机的扭矩输出。

[0009] 技术方案2. 根据技术方案1所述的方法，其特征在于，使用所述第一模型和所述第二模型来确定所述扭矩分担，以提供所述第一发动机和所述第二发动机的总扭矩输出。

[0010] 技术方案3. 根据技术方案1所述的方法，其特征在于，至少部分地基于第一发动机模型而产生所述第一模型，并且至少部分地基于第二发动机模型而产生所述第二模型，所述第一发动机模型和所述第二发动机模型各自包括基于物理特性的多参数发动机模型。

[0011] 技术方案4. 根据技术方案3所述的方法，其特征在于，通过所述一个或多个控制装置产生所述第一模型包括：通过所述一个或多个控制装置使用第一跟踪滤波器至少部分地基于所述第一发动机的一个或多个测量运行点而调谐所述第一发动机模型，以产生第一经调谐发动机模型；以及
通过所述一个或多个计算装置至少部分地基于所述第一经调谐发动机模型而产生规定扭矩-燃料流量关系的所述第一模型。

[0012] 技术方案5. 根据技术方案4所述的方法，其特征在于，通过所述一个或多个控制装置产生所述第二模型包括：通过所述一个或多个控制装置使用第二跟踪滤波器至少部分地基于所述第二发动机的一个或多个测量运行点而调谐所述第二发动机模型，以产生第二经调谐发动机模型；以及
通过所述一个或多个计算装置至少部分地基于所述第二经调谐发动机模型而产生规定扭矩-燃料流量关系的所述第二模型。

[0013] 技术方案6. 根据技术方案5所述的方法，其特征在于，通过所述一个或多个控制装置产生所述第一模型进一步包括通过所述一个或多个控制装置确定所述第一发动机的一个或多个辅助控制运行参数，根据第一发动机模型至少部分地基于所述一个或多个辅助控制运行参数而确定所述第一模型。

[0014] 技术方案7. 根据技术方案6所述的方法，其特征在于，通过所述一个或多个控制装置产生所述第二模型进一步包括通过所述一个或多个控制装置确定所述第二发动机的一个或多个辅助控制运行参数，根据所述第二发动机模型至少部分地基于所述一个或多个辅助控制运行参数而确定所述第二模型。

[0015] 技术方案8. 根据技术方案6所述的方法，其特征在于，所述第一发动机的所述一个或多个辅助控制运行参数包括所述第一发动机的可变几何结构位置或所述第一发动机的可变放泄阀位置中的一个或多个。

[0016] 技术方案9. 根据技术方案7所述的方法，其特征在于，所述第二发动机的所述一个或多个辅助控制运行参数包括所述第二发动机的可变几何结构位置或所述第一发动机的可变放泄阀位置中的一个或多个。

[0017] 技术方案10. 根据技术方案7所述的方法，其特征在于，使用第一性能搜索控制过程来确定所述第一发动机的所述一个或多个辅助控制运行参数。

[0018] 技术方案11. 根据技术方案10所述的方法，其特征在于，使用第二性能搜索控制过程来确定所述第二发动机的所述一个或多个辅助控制运行参数。

[0019] 技术方案12. 根据技术方案1所述的方法，其特征在于，通过所述一个或多个控制装置至少部分地基于所述第一模型和所述第二模型而确定所述第一发动机和所述第二发动机的减少所述第一发动机和所述第二发动机的总燃料流量的扭矩分担包括通过所述一个或多个控制装置使用将所述扭矩分担作为优化参数的全局性能搜索控制过程来确定所述扭矩分担。

[0020] 技术方案13. 根据技术方案12所述的方法，其特征在于，所述全局性能搜索控制过程至少部分地基于所述第一发动机的一个或多个辅助控制参数和所述第二发动机的一个或多个辅助控制参数。

[0021] 技术方案14. 一种用于航空器的控制系统，所述航空器具有对轴提供扭矩的多个发动机，所述控制系统包括：一个或多个处理器；
一个或多个存储器装置；
一个或多个第一传感器，其构造成获得与第一发动机相关联的一个或多个运行参数的测量值；以及
一个或多个第二传感器，其构造成获得与第二发动机相关联的一个或多个运行参数的测量值；
其中所述一个或多个存储器装置存储计算机可读指令，当被所述一个或多个处理器执行时，所述计算机可读指令使所述一个或多个处理器执行操作，所述操作包括：
至少部分地基于所述一个或多个第一传感器获得的一个或多个运行参数的测量值而产生规定第一发动机的扭矩-燃料流量关系的第一模型；
至少部分地基于所述一个或多个第二传感器获得的一个或多个运行参数的测量值而产生规定第二发动机的扭矩-燃料流量关系的第二模型；
至少部分地基于所述第一模型和所述第二模型而确定所述第一发动机和所述第二发动机的减少所述第一发动机和所述第二发动机的总燃料流量的扭矩分担；以及
至少部分地基于所述扭矩分担而控制所述第一发动机和所述第二发动机的扭矩输出。

[0022] 技术方案15. 根据技术方案14所述的控制系统，其特征在于，至少部分地基于第一发动机模型而产生所述第一模型，并且至少部分地基于第二发动机模型而产生所述第二模型，所述第一发动机模型和所述第二发动机模型各自包括多参数非线性发动机表示。

[0023] 技术方案16. 根据技术方案14所述的控制系统，其特征在于，产生所述第一模型的操作包括使用第一跟踪滤波器至少部分地基于所述一个或多个第一传感器获得的一个或多个运行参数的测量值而调谐所述第一发动机模型，以产生第一经调谐发动机模型；以及根据所述第一经调谐发动机模型产生规定扭矩-燃料流量关系的所述第一模型；以及其中产生所述第二模型的操作包括使用第二跟踪滤波器至少部分地基于所述一个或多个第二传感器获得的一个或多个运行参数的测量值而调谐所述第二发动机模型，以产生第二经调谐发动机模型；以及根据所述第二经调谐发动机模型产生规定扭矩-燃料流量关系的所述第二模型。

[0024] 技术方案17. 根据技术方案16所述的控制系统，其特征在于，产生所述第一模型的操作进一步包括使用第一性能搜索控制过程确定所述第一发动机的一个或多个辅助控制运行参数，根据第一发动机模型至少部分地基于所述一个或多个辅助控制运行参数而确定所述第一模型；以及其中产生所述第二模型的操作进一步包括确定所述第二发动机的一个或多个辅助控制运行参数，根据所述第二发动机模型至少部分地基于所述一个或多个辅助控制运行参数而确定所述第二模型。

[0025] 技术方案18. 根据技术方案14所述的控制系统，其特征在于，至少部分地基于所述第一模型和所述第二模型而确定所述第一发动机和所述第二发动机的减少所述第一发动机和所述第二发动机的总燃料流量的扭矩分担的操作包括使用将所述扭矩分担作为优化参数的全局性能搜索控制过程来确定所述扭矩分担。

[0026] 技术方案19. 一种航空器，包括：第一发动机，其构造成对至少一个轴提供第一扭矩；
第二发动机，其构造成对所述至少一个轴提供第二扭矩；
控制系统，其编程成执行操作，所述操作包括：
至少部分地基于所述第一发动机的测量运行点而产生规定第一发动机的扭矩-燃料流量关系的第一模型；
至少部分地基于所述第二发动机的测量运行点而产生规定第二发动机的扭矩-燃料流量关系的第二模型；
至少部分地基于所述第一模型和所述第二模型而确定所述第一发动机的第一扭矩和所述第二发动机的第二扭矩，所述第一扭矩和第二扭矩减少所述第一发动机和所述第二发动机的总燃料流量；以及
至少部分地基于所述第一扭矩和所述第二扭矩而控制所述第一发动机和所述第二发动机的扭矩输出。

[0027] 技术方案20. 根据技术方案19所述的航空器，其特征在于，使用回归或非线性建模来确定所述第一模型和所述第二模型。

[0028] 技术方案21. 一种确定多发动机系统(100)的扭矩分担的方法，所述多发动机系统(100)具有联接到至少一个轴(130)上的第一发动机(110)和第二发动机(120)，所述方法包括：通过一个或多个控制装置(230)至少部分地基于所述第一发动机(110)的测量运行点而产生规定第一发动机(110)的扭矩-燃料流量关系的第一模型(515)；
通过所述一个或多个控制装置(230)至少部分地基于所述第二发动机(120)的测量运行点而产生规定第二发动机(120)的扭矩-燃料流量关系的第二模型(525)；
通过所述一个或多个控制装置(230)至少部分地基于所述第一模型(515)和所述第二模型(525)而确定所述第一发动机(110)和所述第二发动机(120)的减少所述第一发动机(110)和所述第二发动机(120)的总燃料流量的扭矩分担；以及
通过所述一个或多个控制装置(230)至少部分地基于所述扭矩分担而控制所述第一发动机(110)和所述第二发动机(120)的扭矩输出。

[0029] 技术方案22. 根据技术方案21所述的方法，其特征在于，使用所述第一模型(515)和所述第二模型(525)来确定所述扭矩分担，以提供所述第一发动机(110)和所述第二发动机(120)的总扭矩输出。

[0030] 技术方案23. 根据技术方案21所述的方法，其特征在于，至少部分地基于第一发动机模型(510)而产生所述第一模型(515)，并且至少部分地基于第二发动机模型(520)而产生所述第二模型(525)，所述第一发动机模型(510)和所述第二发动机模型(520)各自包括基于物理特性的多参数发动机模型。

[0031] 技术方案24. 根据技术方案23所述的方法，其特征在于，通过所述一个或多个控制装置(230)产生所述第一模型(515)包括：通过所述一个或多个控制装置(230)使用第一跟踪滤波器至少部分地基于所述第一发动机(110)的一个或多个测量运行点而调谐所述第一发动机模型(510)，以产生第一经调谐发动机模型；以及
通过所述一个或多个计算装置至少部分地基于所述第一经调谐发动机模型而产生规定扭矩-燃料流量关系的所述第一模型(515)。

[0032] 技术方案25. 根据技术方案24所述的方法，其特征在于，通过所述一个或多个控制装置(230)产生所述第二模型(525)包括：通过所述一个或多个控制装置(230)使用第二跟踪滤波器至少部分地基于所述第二发动机(120)的一个或多个测量运行点而调谐所述第二发动机模型(520)，以产生第二经调谐发动机模型；以及
通过所述一个或多个计算装置至少部分地基于所述第二经调谐发动机模型而产生规定扭矩-燃料流量关系的所述第二模型(525)。

[0033] 技术方案26. 根据技术方案25所述的方法，其特征在于，通过所述一个或多个控制装置(230)产生所述第一模型(515)进一步包括通过所述一个或多个控制装置(230)确定所述第一发动机(110)的一个或多个辅助控制运行参数，根据第一发动机模型(510)至少部分地基于所述一个或多个辅助控制运行参数而确定所述第一模型(515)。

[0034] 技术方案27. 根据技术方案26所述的方法，其特征在于，通过所述一个或多个控制装置(230)产生所述第二模型(525)进一步包括通过所述一个或多个控制装置(230)确定所述第二发动机(120)的一个或多个辅助控制运行参数，根据所述第二发动机模型(520)至少部分地基于所述一个或多个辅助控制运行参数而确定所述第二模型(525)。

[0035] 技术方案28. 根据技术方案26所述的方法，其特征在于，所述第一发动机(110)的所述一个或多个辅助控制运行参数包括所述第一发动机(110)的可变几何结构位置或所述第一发动机(110)的可变放泄阀位置中的一个或多个。

[0036] 技术方案29. 根据技术方案27所述的方法，其特征在于，所述第二发动机(120)的所述一个或多个辅助控制运行参数包括所述第二发动机(120)的可变几何结构位置或所述第一发动机(110)的可变放泄阀位置中的一个或多个。

[0037] 技术方案30. 根据技术方案27所述的方法，其特征在于，使用第一性能搜索控制过程来确定所述第一发动机(110)的所述一个或多个辅助控制运行参数。

[0038] 技术方案31. 根据技术方案30所述的方法，其特征在于，使用第二性能搜索控制过程来确定所述第二发动机(120)的所述一个或多个辅助控制运行参数。

[0039] 技术方案32. 根据技术方案21所述的方法，其特征在于，通过所述一个或多个控制装置(230)至少部分地基于所述第一模型(515)和所述第二模型(525)而确定所述第一发动机(110)和所述第二发动机(120)的减少所述第一发动机(110)和所述第二发动机(120)的总燃料流量的扭矩分担包括通过所述一个或多个控制装置(230)使用将所述扭矩分担作为优化参数的全局性能搜索控制过程来确定所述扭矩分担。

[0040] 技术方案33. 根据技术方案32所述的方法，其特征在于，所述全局性能搜索控制过程至少部分地基于所述第一发动机(110)的一个或多个辅助控制参数和所述第二发动机(120)的一个或多个辅助控制参数。

[0041] 技术方案34. 一种用于航空器的控制系统，所述航空器具有对轴(130)提供扭矩的多个发动机，所述控制系统包括：一个或多个处理器(232)；
一个或多个存储器装置(234)；
一个或多个第一传感器，其构造成获得与第一发动机(110)相关联的一个或多个运行参数的测量值；以及
一个或多个第二传感器，其构造成获得与第二发动机(120)相关联的一个或多个运行参数的测量值；
其中所述一个或多个存储器装置(234)存储计算机可读指令，当被所述一个或多个处理器(232)执行时，所述计算机可读指令使所述一个或多个处理器(232)执行操作，所述操作包括：
至少部分地基于所述一个或多个第一传感器获得的一个或多个运行参数的测量值而产生规定第一发动机(110)的扭矩-燃料流量关系的第一模型(515)；
至少部分地基于所述一个或多个第二传感器获得的一个或多个运行参数的测量值而产生规定第二发动机(120)的扭矩-燃料流量关系的第二模型(525)；
至少部分地基于所述第一模型(515)和所述第二模型(525)而确定所述第一发动机
(110)和所述第二发动机(120)的减少所述第一发动机(110)和所述第二发动机(120)的总燃料流量的扭矩分担；以及
至少部分地基于所述扭矩分担而控制所述第一发动机(110)和所述第二发动机(120)的扭矩输出。

[0042] 技术方案35. 根据技术方案34所述的控制系统，其特征在于，至少部分地基于第一发动机模型(510)而产生所述第一模型(515)，并且至少部分地基于第二发动机模型(520)而产生所述第二模型(525)，所述第一发动机模型(510)和所述第二发动机模型(520)各自包括多参数非线性发动机表示。

[0043] 参照以下描述和所附权利要求，本发明的这些和其它特征、方面和优点将变得更好理解。结合在本说明书中且构成说明书的一部分的附图示出本发明的实施例，并且与描述一起用来阐述本发明的原理。

附图说明

[0044] 在说明书中阐述了针对本领域普遍技术人员的实施例的详细论述，说明书参照了附图，其中：图1描绘根据本公开的示例实施例的示例多发动机系统；
图2描绘根据本公开的示例实施例的示例控制器；
图3描绘根据本公开的示例实施例的示例方法的流程图；
图4描绘根据本公开的示例实施例的规定扭矩-燃料流量关系的示例模型的图示；以及图5描绘根据本公开的示例实施例的示例控制实施方式。

[0045] 部件列表：100多发动机系统
110第一发动机
112第一轴
115齿轮箱
120第二发动机
122第二轴
130轴
200控制系统
205系统控制器
210第一发动机控制器
212传感器
214扭矩传感器
220发动机控制器
222传感器
224扭矩传感器
230控制装置
232处理器
234存储器装置
235通信接口
236计算机可读指令
238数据
300方法
302方法步骤
304方法步骤
306方法步骤
308方法步骤
310方法步骤
405曲线
410曲线
412点
414点
420曲线
422点
424点
510第一发动机模型
512第一跟踪滤波器
514 信号
515第一模型
520第二发动机模型
522第二跟踪滤波器
524信号
525第二模型
530扭矩分担算法
542第一性能搜索控制过程
544第二性能搜索控制过程。

具体实施方式

[0046] 现在将详细参照本发明的实施例，在图中示出了实施例的一个或多个实例。以阐明本发明而非限制本发明的方式来提供各个实例。事实上，对本领域技术人员将显而易见的是，可在本发明中作出多个修改和改变，而不偏离本发明的范围或精神。例如，示出或描述成一个实施例的一部分的特征可用于另一个实施例上，以产生又一个实施例。因而，意图的是本发明覆盖落在所附权利要求及其等效物的范围内的这样的修改和改变。

[0047] 本公开的示例方面涉及确定多发动机应用中的发动机之间的增强的或最佳的扭矩分担，以改进多发动机系统的运行。例如，可确定多个发动机之间的减少多发动机系统的总燃料流量的扭矩分担。在一些实施例中，监测发动机参数，以基于各个单独的发动机的实时性能调节规定扭矩-燃料流量关系的模型。由于制造差异以及在其使用时积聚的运行状况的差异，各个发动机的性能可不同。经调节的模型可用来确定提供减少的总燃料流量同时保持多发动机系统的总扭矩输出的扭矩分担。在一些实施例中，可确定发动机的辅助控制参数(例如可变几何结构位置和放泄阀位置)，以减少多发动机系统的燃料流量。

[0048] 更具体而言，多发动机系统可包括多个发动机，其例如通过齿轮箱联接到至少一个轴上。各个发动机的相关运行参数(例如扭矩输出、燃料流量、温度、压力、速度等)的测量值可通过传感器测量获得且用来产生经单独调谐的基于物理特性的模式模型或经验模型，所述模型规定各个发动机的独特的扭矩-燃料流量关系(例如，扭矩-燃料流量表示)。一旦产生规定扭矩-燃料流量关系的单独的模型，扭矩分担算法可用来使用单独的模型确定多个发动机之间的扭矩分担，以减少和/或最小化燃料流量，同时使发动机的总扭矩输出保持恒定。在一些实施例中，扭矩分担可规定由各个发动机提供的不同的扭矩量。

[0049] 在一些实施例中，基于物理特性的发动机模型(例如，多参数非线性发动机表示)可用来产生单独的发动机的扭矩-燃料流量表示。可基于测量的运行参数使用例如跟踪滤波器来调谐发动机模型。跟踪滤波器可实施为比例-积分-微分控制器或扩展卡尔曼滤波器。另外，可对各个单独的发动机执行优化(例如，性能搜索控制过程)，以确定各个发动机的辅助控制参数(例如，可变几何结构位置、可变放泄阀位置)，以增强燃料消耗型式。基于确定的辅助控制参数，发动机模型可用来产生各个单独的发动机的扭矩-燃料流量特性。扭矩-燃料流量特性可提供给扭矩分担算法，以确定多个发动机之间的扭矩分担。

[0050] 在一些实施例中，可基于多个发动机的发动机模型执行全局优化。在这个实施例中，可基于各个发动机的测量的运行参数使用跟踪滤波器调谐多发动机系统中的各个发动机的发动机模型。可执行全局性能搜索控制过程，以确定多个变量中的各个的最佳或改进状态。这个方法可使用多个非线性约束和迭代优化方法。扭矩分担可为多个变量中的一个，且可优化以减少燃料流量同时保持恒定总扭矩。全局优化还可确定多个发动机中的各个的多个辅助运行参数，诸如可变几何结构位置和可变放泄阀位置，。

[0051] 以这个方式，本公开的示例方面可具有的技术效果为：根据减少总燃料消耗同时仍然满足所需要的扭矩输出需求的扭矩分担运行多发动机系统。另外，根据本公开的示例方面的系统和方法可使用多发动机系统的现有控制架构来实施。

[0052] 图1描绘示例多发动机系统100，其可形成例如航空器的一部分。多发动机系统100可包括第一发动机110和第二发动机120。在一些实施例中，第一发动机110和第二发动机120可各自为燃气涡轮发动机。燃气涡轮发动机可包括风扇和核心，其布置成彼此处于流连通。燃气涡轮发动机的核心可包括空气流路径，其具有处于串行空气流顺序的压缩机区段、燃烧区段、涡轮区段和排气区段。压缩机区段可包括一个或多个压缩机，其用来压缩空气。
压缩空气可提供给燃烧区段，在这里，压缩空气与燃料混合且燃烧以提供燃烧气体。燃烧气体可用来通过一个或多个涡轮来支持燃气涡轮发动机的压缩机区段和涡轮区段的运行。

[0053] 将参照用于示出和论述目的的燃气涡轮发动机来论述本公开的示例方面。使用本文提供的公开内容的本领域普通技术人员将理解，可使用其它类型的发动机，而不偏离本公开的范围。另外，图1描绘多发动机系统100，其具有两个发动机(例如，第一发动机110和第二发动机120)。多发动机系统100可具有不止两个发动机，而不偏离本公开的范围。

[0054] 第一发动机110可构造成对第一轴112提供第一扭矩。第二发动机120可构造成对第二轴122提供第二扭矩。第一轴112和第二轴122可通过齿轮箱115联接到公共轴130上。以这个方式，第一发动机110和第二发动机120可对轴130提供总扭矩，总扭矩为第一发动机110对第一轴112提供的第一扭矩和第二发动机120对第二轴122提供的第二扭矩的总和。齿轮箱的损耗可基于显著性来考虑。

[0055] 根据本公开的示例方面，系统100可进一步包括控制系统200。控制系统200可包括一个或多个控制装置。控制装置可包括构造成实施控制或处理逻辑的任何装置或系统，诸如计算装置、微控制器、微处理器、控制器、控制模块或其它适当的控制装置。控制系统200可构造成根据本公开的示例实施例确定第一发动机110和第二发动机120的扭矩分担，以改进系统100的性能(例如，减少燃料流量)。

[0056] 在图1的示例中，控制系统200可包括系统级控制器205，其和与第一发动机110相关联的发动机控制器210和与第二发动机120相关联的发动机控制器220通信。系统控制器205可为与例如航空器相关联的计算系统。例如，系统控制器205可为飞行控制计算系统、航空器任务计算系统、航空电子系统或其它适当的系统。第一发动机控制器210可为与第一发动机110相关联的全权数字发动机控制(FADEC)系统。第二发动机控制器220可为与第二发动机相关联的FADEC控制系统。

[0057] 控制系统200可包括多个传感器，其构造成测量与第一发动机110和第二发动机120相关联的运行参数。传感器可包括用于其它控制操作的已经就位的传感器或可包括安装来用于这个目的的额外的传感器。例如控制系统200可包括传感器212，其构造成测量与第一发动机110相关联的运行参数，诸如温度、压力、燃料流量、速度等。控制系统200可进一步包括扭矩传感器214，其构造成测量第一发动机110的扭矩输出。控制系统200可包括传感器222，其构造成测量与第二发动机120相关联的运行参数，诸如温度、压力、燃料流量、速度等。控制系统200可进一步包括扭矩传感器224，其构造成测量第一发动机120的扭矩输出。

[0058] 图2描绘关于根据本公开的示例实施例的示例控制装置230的细节。控制装置230可为例如系统控制器205、发动机控制器210或220中的一个，或其它适当的控制装置200。

[0059] 控制装置230可包括一个或多个处理器232和一个或多个存储器装置234。一个或多个处理器232可包括任何适当的处理装置，诸如微处理器、微控制器、集成电路、逻辑装置或其它适当的处理装置。一个或多个存储器装置234可包括一个或多个计算机可读介质，包括但不限于非瞬态计算机可读介质、RAM、ROM、硬盘驱动器、闪存驱动器或其它存储器装置。在一些实施例中，一个或多个处理器232和一个或多个存储器装置234可定位在多个系统、装置或位置上。

[0060] 一个或多个存储器装置234可存储可由一个或多个处理器232访问的信息，包括可由一个或多个处理器232执行的计算机可读指令236。指令236可为当由一个或多个处理器232执行时使一个或多个处理器232执行操作的任何指令集。指令236可为以任何适当的编程语言编写的软件或可以硬件实施。在一些实施例中，指令236可由一个或多个处理器232执行，以使一个或多个处理器执行操作，以确定多发动机系统的扭矩分担，诸如图1中显示的多发动机系统100。

[0061] 存储器装置234可进一步存储可由处理器232访问的数据238。数据238可包括例如模型、扭矩-燃料流量关系、发动机模型、测量的运行参数和根据本公开的示例实施例可使用的其它数据。

[0062] 控制装置230可包括通信接口235，用于与一个或多个其它控制装置或构造成测量与一个或多个发动机相关联的运行参数的传感器通信。通信接口235可包括与远程装置通信的任何适当的接口且可包括任何数量的有线或无线链路和/或网络。可在通信接口235上使用任何适当的协议执行通信。

[0063] 本文论述的技术获得基于计算机的系统，并且使基于计算机的系统进行动作，且使信息发送到和发送自基于计算机的系统。本领域普通技术人员将认识到基于计算机的系统的内在灵活性允许任务和功能性在两个和多个构件之间有多个可行构造、组合和分割。例如，本文论述的过程可使用单个计算装置或多个计算装置来实施。数据库、存储器、指令和应用程序可实施在单个系统上或分布在多个系统上。分布式构件可按顺序或并行运行。

[0064] 图3描绘根据本公开的示例实施例的确定多发动机系统的扭矩分担的示例方法(300)。方法(300)可由一个或多个控制装置实施，诸如图1的控制系统200中的一个或多个控制装置。另外，图3描绘按照用于示出和论述目的的特定顺序执行的步骤。使用本文提供的公开内容的普通技术人员将理解，本文公开的任何方法的多个步骤可以多个方式调节、修改、重新布置、省略和/或扩展，而不偏离本公开的范围。

[0065] 在(302)处，方法包括获得第一发动机和第二发动机的测量运行点。测量运行点可基于各个发动机的测量的运行参数，诸如测量燃料流量、测量温度、测量扭矩、测量速度等。测量的运行参数可通过与第一发动机和第二发动机相关联的多个传感器获得。测量运行点可为多个测量的运行参数的组合，诸如多个扭矩运行点的测量燃料流量。

[0066] 在一些实施例中，测量运行点可在传感器执行运行参数的测量时实时或接近实时地获得。在一些实施例中，测量运行点可为之前获得的运行点，其存储在例如一个或多个存储器装置中。

[0067] 在(304)处，方法可包括基于第一发动机的测量运行点而产生规定第一发动机的扭矩-燃料流量特性的第一模型。例如，可基于第一发动机的测量运行点改良或调节与第一发动机的发动机类型相关联的基准模型。以这个方式，可调谐模型，以表示第一发动机的实际扭矩-燃料流量特性。

[0068] 例如，图4描绘根据本公开的示例实施例产生的规定扭矩-燃料流量关系的示例模型的图示。沿着水平轴线绘制燃料流量。沿着竖向轴线绘制扭矩。曲线405表示规定扭矩-燃料流量关系的基准模型。曲线410表示根据本公开的示例实施例基于第一发动机的测量运行点而产生的经调谐模型。如显示的那样，曲线410相对于基准模型规定第一发动机的不同的扭矩-燃料流量关系。

[0069] 在一个实施例中，可基于测量运行点使用例如回归类型算法和/或非线性模型匹配技术而产生第一模型。例如，可使用回归算法来分析针对第一发动机测量多个扭矩/燃料流量运行点，以产生第一发动机的第一模型。在其它实施例中，可根据与第一发动机相关联的基于物理特性的多参数非线性发动机模型产生规定第一发动机的扭矩-燃料流量特性的第一模型，如下面将参照图5更详细论述的那样。

[0070] 在图3的(306)处，方法可包括基于第二发动机的测量运行点而产生规定第二发动机的扭矩-燃料流量特性的第二模型。例如，可基于第二发动机的测量运行点而改良或调节与第二发动机的发动机类型相关联的基准模型。以这个方式，可调谐模型，以表示第二发动机的扭矩-燃料流量特性。

[0071] 参照图4，曲线420表示根据本公开的示例实施例的基于第二发动机的测量运行点产生的示例经调谐模型。如显示的那样，曲线420相对于基准模型和第一发动机规定第二发动机的不同的扭矩-燃料流量关系。

[0072] 在一个实施例中，可基于测量运行点使用例如回归类型算法和/或非线性模型匹配技术产生第二模型。例如，可使用回归算法分析针对第二发动机测量的多个扭矩/燃料流量运行点，以产生第二发动机的第二模型。在其它实施例中，可根据与第二发动机相关联的基于物理特性的多参数非线性发动机模型产生规定第二发动机的扭矩-燃料流量特性的第二模型，如下面将参照图5更详细论述的那样。

[0073] 参照图3，在(308)处，方法可包括使用第一模型和第二模型确定第一发动机和第二发动机的扭矩分担，第一模型规定第一发动机的扭矩-燃料流量关系而第二模型规定第二发动机的扭矩-燃料流量关系。扭矩分担可包括指示第一发动机提供的扭矩量和第二发动机提供的扭矩量的数据。扭矩分担可以任何适当的方式来规定，诸如比率、百分比等。

[0074] 在一个实施例中，可使用优化来确定扭矩分担，优化可找到第一发动机和提供最小燃料流量的燃料流量之间的最佳扭矩分担。如本文使用，用语“最佳”或“最佳的”的使用表示在最佳或最佳的解决方案的20%内且包括最佳或最佳的解决方案。用语“最小”的使用表示在最小解决方案的20%内且包括最小解决方案。用语“最大”的使用表示在最大解决方案的20%内且包括最大解决方案。在一些实施例中，通过识别提供得到系统的最小总燃料流量的期望总扭矩输出的扭矩分担，来确定扭矩分担。

[0075] 例如，在一个实施例中，可确定规定第一发动机提供的第一扭矩T1和第二发动机提供的第二扭矩T2的扭矩分担，以最小化经历约束T1 + T2 = TTOT 的WF1 + WF2。 TTOT为系统的总期望输出扭矩。WF1为第一发动机在提供第一扭矩T1时的燃料流量。WF2为第二发动机在提供第二扭矩T2时的燃料流量。

[0076] 参照图4，根据本公开的示例方面确定的一个示例最佳扭矩分担可包括第一发动机的TON-1和第二发动机的TON-2。曲线410上的对应于第一模型的点412指示燃料流量WFON-1对应于扭矩TON-1。曲线420上的对应于第二模型的点422指示燃料流量WFON-2对应于扭矩TON-2，从而得到WFON-1+ WFON -2总燃料流量。

[0077] 在相等扭矩TOFF下运行第一发动机和第二发动机根据曲线410的点414得到第一发动机的燃料流量WFOFF -1，而根据曲线420的点424得到第二发动机的WFOFF -2。TOFF可等于TON -1+ TON -2。如所显示，WFON -1+ WFON -2小于WFOFF -1+ WFOFF -2。因此，根据第一发动机的TON -1和第二发动机的TON -2的扭矩分担运行导致多发动机系统的总燃料流量减少。

[0078] 在(310)处，方法可包括至少部分地基于扭矩分担而控制第一发动机和第二发动机。例如，命令信号可发送到与各个发动机相关联的发动机控制器或由发动机控制器产生，以控制发动机的运行，以提供确定的扭矩分担规定的扭矩输出。

[0079] 图5描绘根据本公开的示例实施例的与对第一发动机和第二发动机使用复杂的多参数非线性发动机模型而确定扭矩分担相关联的控制方案。第一发动机模型510可用来估计第一发动机的参数。第二发动机模型520可用来估计第二发动机的参数。

[0080] 第一发动机模型510和第二发动机模型520中的各个可为复杂的多参数模型，其用来估计与发动机相关联的感测参数(诸如轴扭矩、转子速度、温度和压力)，以及计算参数(诸如推力、空气流量、失速裕量和涡轮入口温度)。计算参数基于例如但不限于环境状况、功率设定参数和输入到发动机模型中的第二控制参数(例如，可变几何结构位置，可变放泄阀位置，等)。在一些实施例中，发动机模型510和520可为基于物理特性的气动热力模型。

[0081] 如图5中显示，第一发动机模型510可与第一跟踪滤波器512交换数据。第一跟踪滤波器512可接收指示与第一发动机相关联的一个或多个测量的运行参数的信号514，且可构造成比较测量的运行参数和第一发动机模型510所估计的运行参数之间的差异。第一跟踪滤波器512可构造成调节或调谐第一发动机模型510的参数，以使测量的运行参数与第一发动机模型510确定的运行参数值匹配。以这个方式，跟踪滤波器512可确保第一发动机模型510连续精确地表示第一发动机，而不管构件磨损、构件效率和/或构件失效的变化如何。

[0082] 类似地，第二发动机模型520可与第二跟踪滤波器522交换数据。第二跟踪滤波器522可接收指示与第二发动机相关联的一个或多个测量饿运行参数的信号524，且可构造成比较测量的运行参数和第二发动机模型520估计的运行参数之间的差异。第二跟踪滤波器
522可构造成调节或调谐第二发动机模型520的参数，以使测量的运行参数匹配第二发动机模型520确定的运行参数值。以这个方式，跟踪滤波器522可确保第二发动机模型520连续地精确表示第一发动机，而不管构件磨损、构件效率和/或构件失效的变化如何。

[0083] 第一发动机模型510可用来产生规定第一发动机的扭矩-燃料流量关系的第一模型515。例如，可基于第一发动机的多个配平(trim)状况和其它运行点来评估第一发动机模型510，以产生规定扭矩-燃料流量关系的第一模型515。类似地，第二发动机模型520可用来产生规定第二发动机的扭矩-燃料流量关系的第二模型525。例如，可基于第二发动机的多个配平状况和其它运行点来评估第二发动机模型510，以产生规定扭矩-燃料流量关系的第二模型525。

[0084] 如图5中显示，第一模型515和第二模型525可提供给扭矩分担算法530。扭矩分担算法530可至少部分地基于第一模型515和第二模型525而确定第一发动机和第二发动机的减少燃料流量的扭矩分担。例如，扭矩分担算法530可以参照图4论述的方式基于第一模型515和第二模型525而确定第一发动机和第二发动机之间的扭矩分担。

[0085] 根据本公开的示例实施例，一个或多个性能搜索控制过程可独立于第一发动机和第二发动机中的各个而执行，以确定各个单独的发动机的运行的多个辅助控制参数。在一些实施例中，性能搜索控制过程可迭代地改变一个或多个辅助控制参数的运行点，诸如可变几何结构位置(例如，入口导叶位置、可变定子导叶位置等)和可变放泄阀位置，以确定第一发动机的减少燃料流量或运行发动机的其它成本参数的运行点。例如，性能搜索控制过程可调节发动机的运行点，以确定调节后的运行点是否提供改进的燃料流量。如果这样，则性能搜索控制可基于调节后的运行点规定发动机的运行。这个过程可以迭代的方式执行，直到确定发动机的最佳或接近最佳的运行点。

[0086] 如图5中显示，第一性能搜索控制过程542可执行来确定第一发动机的最佳辅助控制参数。最佳辅助控制参数可包括例如入口导叶位置、可变定子导叶位置、可变放泄阀位置等。性能搜索控制过程542确定的辅助控制参数可提供给第一发动机模型510。第一发动机模型510然后可基于辅助控制参数而产生规定第一发动机的扭矩-燃料流量关系的第一模型515。

[0087] 类似地，第二性能搜索控制过程544可执行来确定第二发动机的最佳辅助控制参数。最佳辅助控制参数可包括例如入口导叶位置、可变定子导叶位置、可变放泄阀位置等。第二性能搜索控制过程544确定的辅助控制参数可提供给第二发动机模型520。第二发动机模型520然后可基于辅助控制参数产生规定第一发动机的扭矩-燃料流量关系的第二模型
525。

[0088] 在一些实施例中，可针对多发动机系统执行全局性能搜索控制过程，以确定第一发动机和第二发动机之间的扭矩分担。扭矩分担可为全局性能搜索控制过程实施的一个优化变量。例如，全局性能搜索控制过程可调节扭矩分担以及其它变量，诸如第一发动机的一个或多个辅助控制参数和第二发动机的一个或多个辅助控制参数，以确定提供系统所需总扭矩同时减少燃料流量的扭矩分担。

[0089] 虽然多个实施例的特定特征可能显示在一些图中而未显示在其它图中，但是这仅仅是为了方便。根据本公开的原理，图的任何特征可结合任何其它图的任何特征来参照和/或要求保护。

[0090] 本书面描述使用示例来公开本发明，包括最佳模式，并且还使本领域任何技术人员能够实践本发明，包括制造和使用任何装置或系统，以及实行任何结合的方法。本发明的可取得专利的范围由权利要求限定，并且可包括本领域技术人员想到的其它示例。如果这样的其它示例包括不异于权利要求的字面语言的结构要素，或者如果它们包括与权利要求的字面语言无实质性差异的等效结构要素，则它们意于处在权利要求的范围之内。

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自适应性发动机模型扭矩分担优化

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