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基于增强学习的航空发动机智能控制

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航空发动机是一种结构复杂的热力机械系统,具有飞行包线范围宽、非线性强、不确定性和时变性强等特点。本文分别以某型涡扇发动机和某型微型涡喷发动机为控制对象,开展基于增强学习的控制算法研究。首先,对增强学习理论及算法进行了相关研究,为后续控制算法设计打下了基础。其次,以某型涡扇发动机为研究对象,基于其T-MATS部件级模型,并用自动代码生成技术生成模型的动态链接库。再次,建立了发动机的状态空间和动作空间表示,并设计发动机基于目标的回报函数,建立了控制算法,控制算法包含动作(Actor)网络、目标动作(Target Actor)网络、评价(Critic)网络及目标评价(Target Critic)网络四个深度神经网络,采用深度确定性策略梯度(DDPG)训练技术和批规范化技术。对算法进行了仿真实验验证,仿真结果表明该控制算法具有自适应性,响应快,超调小,控制精度满足要求。针对微型涡喷发动机的转速控制,提出了一种基于预训练的微发实时控制算法。通过对Actor网络进行预训练,可加快训练过程中网络的收敛速度,减少试错的次数。同时,利用多线程技术,将控制主线程与更新线程相互独立运行,控制器参数定时进行更新,避免了因小批次样本训练时间较长造成的实时性问题。最后,通过实物在回路仿真实验验证了该控制算法的有效性。

刘智瑞

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航空发动机 智能控制 神经网络

硕士

航空工程

徐建国

2020

南京航空航天大学

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