CN116838484A - 涡轮发动机过渡态机载在线性能分析与规划方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了涡轮发动机过渡态机载在线性能分析与规划方法，涉及飞机发动机技术领域，该方法包括：建立发动机机载系统，能够将加速度控制指令转化为燃油量和尾喷管面积的控制指令，对于过渡态的发动机系统，对其状态方程离散化，本申请以加速度为优化变量，设计过渡态控制计划。控制计划横坐标为时间，纵坐标分别为高低压转子加速度。本方法有如下优点：实现双转子的加速度的直接解耦；可通过控制积分面积控制双转子加速进程的一致性_。

Description

涡轮发动机过渡态机载在线性能分析与规划方法

技术领域

本发明涉及飞机发动机技术领域，具体是涡轮发动机过渡态机载在线性能分析与规划方法。

背景技术

在战斗机起飞，着陆，空中加减速等工作状态，发动机处于状态切换的动态过程，状态参数容易超出安全限制，降低发动机使用寿命，影响工作安全性。因此需合理设计过渡态控制计划，在满足气动负荷、热负荷和机械负荷的约束下，降低过渡态运行时间。控制计划曲线在经相似换算降低工况依赖性后，形成的控制规律可应用于全包线的过渡态控制，因此如何设计过渡态控制计划是研究的重点。

国内外对发动机过渡态控制计划建立方法做了大量的研究。1958年，Gerus首次建立了加速度关于转子转速的控制律曲线。1975年，Merrill在稳态燃油控制计划的基础上，添加了燃油补偿回路，并设定了燃油量限制器，保证不会超过涡轮温度和压气机的稳定性约束。1982年，Howlett开发了自动补偿喘振裕度损失的自适应加速计划，可以在线调整预编程的加速度来避免喘振。

当前的过渡态控制计划建立方法仍不完善，且实时性较差，难以应用于机载控制计划在线生成。功率提取法可设计单轴发动机的控制计划，但无法处理混排涡扇发动机转子的耦合效应，协同规划双轴的剩余功率，从而难以正向设计控制计划。基于动态稳定法的控制计划设计方法，同样面临双转子加速度耦合问题，需在设计过程中不断建立加速度的动态耦合关系，才能进行控制计划正向设计，殊为不易。基于动态模型定状态的控制计划设计方法，需要预先建立喷管面积调节计划，牺牲了多变量协同调节的优势，且单燃油量的调节计划无法协同双转子加速进程，一定程度上延长了加速时间。使用优化算法设计的燃油量与尾喷管控制计划，由于以单轴剩余功率最大化为优化目标，同样无法规划双轴的加速进程，从整体优化过渡态时间，且需要基于动态模型逐时间步长求解带边界约束的多变量优化问题，求解过程较为复杂，限制了其工程应用。

双转子加速度的耦合关系，是限制混排涡扇发动机过渡态控制计划正向设计的难点。当前的设计方法以单轴剩余功率最大化为优化目标，仅能保证单轴最快达到目标转速，而另一个轴处于不受控制的状态，在加速过程末期需要更长时间才能稳定到目标转速，因此以单轴剩余功率最大化的优化目标不能保证加速时间最优。一个更合理的优化目标是，在保证双转子同时到达目标稳定转速的前提下，降低过渡态总运行时间。但是，当前以控制量作为优化变量的控制计划设计方法，难以解耦控制量与双转子加速度的关系，因此无法协同规划双转子加速进程，加速时间有进一步优化的空间。

基于此，现在提供涡轮发动机过渡态机载在线性能分析与规划方法，可以消除现有技术存在的弊端。

发明内容

本发明的目的在于提供涡轮发动机过渡态机载在线性能分析与规划方法，以解决背景技术中的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

涡轮发动机过渡态机载在线性能分析与规划方法，包括：建立在线控制系统，能够将加速度控制指令转化为燃油量和尾喷管面积的控制指令，供真实发动机使用，对于过渡态的发动机系统，对其状态方程离散化，如式(1)所示，其中x＝[N_L，N_H]，y＝[Tt₃，Tt₄，Pt₃，Pt₄，SM_Fan，SM_HPC]，u＝[W_f，A₈]，k表示第k个离散时刻：

假设k时刻加速度指令为需要求解u(k)与x(k)，使得/> 由于x(k)与u(k)受共同工作方程非线性约束，难以直接确定u(k)，因此可减少时间间隔，用x(k-1)代替x(k)，x(k-1)由发动机监测值确定，系统状态方程转化为式(2)，借鉴动态稳定法的思想，只需要在共同方程中加入双转子加速度残差量，迭代燃油量与喷管面积，即可化动为静，求解u(k)；

在飞行员推动油门杆提出推力需求后，系统寻找满足推力需求且性能综合最优的稳态工作点，基于非线性自适应发动机模型，生成双转子加速度控制计划，在过渡态按一定周期更新指令，基于动态稳定法，由加速度指令值和转速监测值计算控制量，考虑到模型与实际的偏差，额外增加PI控制回路调节燃油量，保证高压转子加速度追随控制指令。

在上述技术方案的基础上，本发明还提供以下可选技术方案：

在可选方案中：动态稳定法的求解模型，既用于在线控制系统中求解控制量，也用于设计加速度控制计划。过渡态k时刻，双转子加速度指令为控制计划积分面积可确定状态量[N_L，N_H]，共同工作方程迭代变量为[W，α，β_Fan，β_HPC，π_HPT，π_LPT，A₈，W_f]，残差量如式(3)所示，使用牛顿-辛普森算法即可求解共同工作方程，确定系统状态；

在可选方案中：等转速增量的控制计划生成方法：

将加速过程转速增加量均分为m段，每一段内高低压转子转速分别增加对应于加速度控制计划，每一段加速度计划与横坐标构成梯形，其积分面积为每一段的转速增量，横坐标跨度为每一段的持续时间，如图2所示；可进行控制计划的逐段设计，通过调节每一段末态加速度值来调节过渡态性能，控制双转子横坐标跨度相同来保持双转子加速时间一致；

为说明每一段的设计变量都为该设计段末态的高压转子加速度，记第k设计段末态的高低压转子加速度分别为可由/>确定，如式(4)，(5)所示。

第k设计段末态，高低压转子转速由式(6)，(7)确定。

在第k段的转速与加速度确定后，由动态稳定法可确定系统在k时刻的状态，其中，N_L，k，N_H，k均为确定值，由/>决定。因此，第k设计段的末态状态由/>决定，如式(8)所示。

当转子的转速增量足够小，y_k在每个设计段单调变化，因此只需保证y_k-1与y_k满足边界约束，即可保证设计段满足边界约束。从加速起始状态逐段设计，即可生成满足边界约束且加速时间最优的控制计划。边界约束如式(9)所示。

在可选方案中：为修正加速计划中的超出边界约束限制的部分，假设状态1达到某一约束限制，状态2超出边界约束限制，从状态1到状态2双转子转速增量为固定值，可列状态方程如式(10)所示：

由式(10)可知，在双转子转速增量确定后，y₂由u₂决定，在保证过程内双转子持续时间相等的前提下，调整中高压转子加速度值，即可使y₂满足边界限制，由剩余功率原理，监测量y的变化速率与双转子加速度变化速率有正向关系，在修正双转子加速度控制计划的图线走向后，基本保证y满足边界约束。

在可选方案中：分阶段的控制计划设计流程如下：

步骤一：为保持A₈不变，修正基于动态稳定法的求解模型，减少低压转子加速度残差和A₈迭代变量，首先调节高压转子加速度斜率以满足然后调节阶段一的末状态的/>满足SM_HPC＝SM_HPC，max；

步骤二：保持A₈和不变并延长一定时间，燃油量将持续上升，同时低压转子加速度上升，保持直到满足/>

步骤三：令阶段5的双转子初始加速度和阶段2的末态加速度相等，基于动态稳定法的求解模型，在满足的条件下，减少双转子共同持续时间；

步骤四：基于阶段5初状态转子转速和阶段2末状态转子转速差，计算黄虚线状态的持续时间。之前的控制计划设计步骤，可使双转子在黄虚线状态的持续时间相同；

步骤五：基于动态稳定法的求解模型，仿真阶段K和阶段5，期间Tt₄，SM_HPC会出现超调与回落，定位Tt₄＝Tt_4，max，SM_HPC＝SM_HPC，max的临界时刻，并基于积分面积计算首次出现的超调状态在超调阶段的双转子转速增量；

步骤六：修正状态1在超调区间内的加速度计划，计算修正后的阶段K的Δt，修正方法以及控制计划设计方法，可满足阶段K内双转子持续时间相等，基于动态稳定法得到求解模型，重新计算阶段K内状态2达到边界约束的临界点，

步骤七：采用与步骤六相同的控制计划修正方法，由状态2在超调临界点内的转速增量计算Δt，最终生成满足边界约束的控制计划。

相较于现有技术，本发明的有益效果如下：

本发明以双转子加速度为优化变量，设计过渡态控制计划。控制计划横坐标为时间，纵坐标分别为高低压转子加速度。本方法有以下几个优点：实现双转子的加速度的直接解耦；可通过控制积分面积控制双转子加速进程的一致性；由于加速度与剩余功率的直接相关性，可协同调整双转子加速度计划，调节过渡态性能；过渡态某一时刻的系统状态，可由纵坐标及积分面积直接确定，避免了调用动态模型逐时间步长积分，减少非线性模型求解次数，提高生成控制计划的实时性；

本发明所提出的控制计划建立方法，目标是应用于机载在线建立过渡态控制计划，因此需满足工程实用性与计算实时性，其核心难点在于对边界约束的处理和双转子加速进程的协同规划。

附图说明

图1为本发明过渡态的发动机系统的原理框图。

图2为本发明的转速增量的控制图。

图3a为本发明的加速度参数结构示意图。

图3b为本发明的热力参数示意图。

图3c为本发明的喘振裕度示意图。

图3d为本发明的控制变量示意图。

图4为本发明的基于约束的控制进度划分示意图。

图5为本发明的基于约束的加速度控制进度修改示意图。

图6为本发明的阶段控制进度设计过程。

图7a为本发明算例一的加速度控制计划示意图。

图7b为本发明算例一的热力参数示意图。

图7c为本发明算例一的喘振裕度示意图。

图7d为本发明算例一的控制变量示意图。

图8a为本发明算例二的控制变量w_f示意图。

图8b为本发明算例二的控制变量A₈示意图。

图8c为本发明算例二的HPC喘振裕度示意图。

图8d为本发明算例二的热力参数示意图。

图8e为本发明算例二的轴转速示意图

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。

在一个实施例中，如图1-图3所示，涡轮发动机过渡态机载在线性能分析与规划方法，需建立在线控制系统，能够将加速度控制指令转化为燃油量和尾喷管面积的控制指令，供真实发动机使用。对于过渡态的发动机系统，对其状态方程离散化，如式(1)所示。其中x＝[N_L，N_H]，y＝[Tt₃，Tt₄，Pt₃，Pt₄，SM_Fan，SM_HPC]，u＝[W_f，A₈]，k表示第k个离散时刻。

假设k时刻加速度指令为需要求解u(k)与x(k)，使得/> 由于x(k)与u(k)受共同工作方程非线性约束，难以直接确定u(k)，因此可减少时间间隔，用x(k-1)代替x(k)，x(k-1)由发动机监测值确定。系统状态方程转化为式(2)，借鉴动态稳定法的思想，只需要在共同方程中纳入双转子加速度残差量，迭代燃油量与喷管面积，即可化动为静，求解u(k)。

控制系统架构如图(1)所示。在飞行员推动油门杆提出推力需求后，系统寻找满足推力需求且性能综合最优的稳态工作点。基于非线性自适应发动机模型，生成双转子加速度控制计划，在过渡态按一定周期更新指令。基于动态稳定法，由加速度指令值和转速监测值计算控制量。考虑到模型与实际的偏差，额外增加PI控制回路调节燃油量，保证高压转子加速度追随控制指令。使用发动机动态仿真模型代替真实发动机，验证控制计划使用效果；

动态稳定法的求解模型，既用于在线控制系统中求解控制量，也用于设计加速度控制计划。过渡态k时刻，双转子加速度指令为控制计划积分面积可确定状态量[N_L，N_H]，共同工作方程迭代变量为[W，α，β_Fan，β_HPC，π_HPT，π_LPT，A₈，W_f]，残差量如式(3)所示，使用牛顿-辛普森算法即可求解共同工作方程，确定系统状态。

双转子加速计划生成方法：需研究过渡态双转子加速度控制计划生成方法，在满足最大边界约束的前提下减少加速时间，为此需全过程规划双转子转速增量，保证双转子加速末期同时稳定到目标转速。本文提出了两种控制计划设计方法，并选择实时性较好的用于机载控制计划的在线生成；

等转速增量的控制计划生成方法：过渡态转子起始转速[N_L，initial，N_H，initial]，目标转速[N_L，final，N_H，final]。等转速增量的控制计划生成方法，将加速过程转速增加量均分为m段，每一段内高低压转子转速分别增加对应于加速度控制计划，每一段加速度计划与横坐标构成梯形，其积分面积为每一段的转速增量，横坐标跨度为每一段的持续时间，如图2所示。可进行控制计划的逐段设计，通过调节每一段末态加速度值来调节过渡态性能，控制双转子横坐标跨度相同来保持双转子加速时间一致；

为说明每一段的设计变量都为该设计段末态的高压转子加速度，记第k设计段末态的高低压转子加速度分别为可由/>确定，如式(4)，(5)所示。

第k设计段末态，高低压转子转速由式(6)，(7)确定。

在第k段的转速与加速度确定后，由动态稳定法可确定系统在k时刻的状态，其中，N_L，kN_H，k均为确定值，由/>决定。因此，第k设计段的末态状态由/>决定，如式(8)所示。

当转子的转速增量足够小，y_k在每个设计段单调变化，因此只需保证y_k-1与y_k满足边界约束，即可保证设计段满足边界约束。从加速起始状态逐段设计，即可生成满足边界约束且加速时间最优的控制计划。边界约束如式(9)所示；

本方法有两个优点：一，协同设计双转子转速增量，保证双转子同时稳定到目标转速；二，区间的划分只需保证y在区间内的单调性。由剩余功率原理，在转速一定时，y与双转子加速度具有正向关系。在转速增量协调的要求下，双转子加速度受控制，因此每一个设计段y的变化趋势与/>的线性变化趋势有正向关系。因此，只需要保证y在设计区间内的单调性，即可增大每一个设计区间内的转速增量，降低非线性模型调用次数。相比之下，基于开环控制量的控制计划设计方法，y值依赖于动态模型的逐时间步长积分，为保证积分精度，时间间隔的上限较低，无法进一步减少非线性模型调用次数，提高实时性。

该方法的通用性强，加速进程协调合理，但是仍然面临加速间隔划分，边界约束切换，非线性模型多次调用与带约束优化等问题，对开发控制计划自动生成程序造成一定困难。在此方法的基础上，本文提出第二种更能满足工程实用性的方法；

分阶段优化的控制计划生成方法：为减少非线性模型的调用次数，降低自动化设计软件编制难度，需进一步改进控制计划设计方法。一个较优的做法是，首先建立理想的初始控制计划，基于定状态法仿真过渡态过程，按约束边界种类划分控制计划，针对参数超限部分，修正双转子控制计划。在实际仿真中发现，加速度控制计划图线走向与监测参数走向有着显著联系，以某一初始计划下的动态仿真为例，表1列举了加速过程的关键参数；

Table 1Main parameters of acceleration

初始控制计划不考虑边界约束，形状为梯形，双转子加速度上升和下降时间均为0.5s，总持续时间相同，最高加速度值由双转子首末状态转速差和总持续时间计算得到。图3展示了初始加速度计划及及热力、气动参数的变化情况；

由图3可知，参数变化与加速度计划图线走向有着显著联系。在初始阶段，双转子加速度急剧上升，W_f和A₈变化速率大，同时为满足低压转子加速度需求，A₈变大以增大低压转子的剩余功率。在双转子等加速度阶段，由于首末时刻的燃油量与该状态对应的稳态燃油量偏离程度最大，导致首末时刻的高压压气机的喘振裕度达到极值。分析热力参数的变化情况，可知除了Tt₄，其他热力参数的超调相对较小，因为Tt₄受燃油量超调的直接影响，在双转子等加速度阶段的末态时刻，燃油量计算值达到峰值，并远超过该状态对应的稳态燃油量，从而导致Tt₄的较大超调。在加速过程末期，双转子加速度回归为零，燃油量与喷管面积的变化速率高于双转子等加速度过程，且所有热力参数均回归目标稳态；

因此，可按加速过程的参数变化特征确定边界约束，并按边界约束划分加速度计划，如图4所示。阶段1，需保持喷管面积不变，控制燃油变化速率满足边界约束，末态高压压气机喘振裕度满足边界约束。阶段2，继续保持喷管面积不变，维持高压转子加速度不变，低压转子加速度继续上升，直至双转子剩余转速增量协调。阶段3，保持高低压转子加速度不变，则高压压气机喘振裕度基本维持不变。阶段4，调节双转子加速度计划曲线以使热力参数满足边界限制。阶段5，控制燃油量与喷管面积变化速率满足边界约束；

为修正加速计划中的超出边界约束限制的部分，假设状态1达到某一约束限制，状态2超出边界约束限制。从状态1到状态2双转子转速增量为固定值，可列状态方程如式(10)所示。

由式(10)可知，在双转子转速增量确定后，y₂由u₂决定，在保证过程内双转子持续时间相等的前提下，调整中高压转子加速度值，即可使y₂满足边界限制，如图5所示。由剩余功率原理，监测量y的变化速率与双转子加速度变化速率有正向关系，在修正双转子加速度控制计划的图线走向后，基本保证y满足边界约束。

分阶段的控制计划设计流程如图6所示：

步骤一：为保持A₈不变，修正基于动态稳定法的求解模型，减少低压转子加速度残差和A₈迭代变量。首先调节高压转子加速度斜率以满足然后调节阶段一的末状态的/>满足SM_HPC＝SM_HPC，max。

步骤二：保持A₈和不变并延长一定时间，燃油量将持续上升，同时低压转子加速度上升，保持直到满足/>

步骤三：令阶段5的双转子初始加速度和阶段2的末态加速度相等，基于动态稳定法的求解模型，在满足的条件下，减少双转子共同持续时间。

步骤四：基于阶段5初状态转子转速和阶段2末状态转子转速差，计算黄虚线状态的持续时间。之前的控制计划设计步骤，可使双转子在黄虚线状态的持续时间相同。

步骤五：基于动态稳定法的求解模型，仿真阶段K和阶段5，期间Tt₄，SM_HPC会出现超调与回落。定位Tt₄＝Tt_4，max，SM_HPC＝SM_HPC，max的临界时刻，并基于积分面积计算首次出现的超调状态在超调阶段的双转子转速增量。

步骤六：修正状态1在超调区间内的加速度计划，修正方法如图5所示，计算修正后的阶段K的Δt。修正方法以及控制计划设计方法，可满足阶段K内双转子持续时间相等。基于动态稳定法得到求解模型，重新计算阶段K内状态2达到边界约束的临界点。

步骤七：采用与步骤六相同的控制计划修正方法，由状态2在超调临界点内的转速增量计算Δt，最终生成满足边界约束的控制计划；

结论：

算例一

在指定了热力参数和喘振裕度的超调限制边界后，基于分阶段的加速度控制计划设计方法，生成的加速度控制计划及过渡态过程的参数变化如图7所示：

由图7可知，本文提出的加速度控制计划设计方法，可使发动机系统参数保持在边界约束内，且燃油量与喷管面积均平稳过渡。其中控制计划的阶段3中双转子加速度保持不变，喘振裕度略高于边界约束，可借鉴图5提出的控制计划修正方法，协同修正该过程喘振裕度最高值对应的双转子加速度，以进一步降低加速过程时间，但考虑机载控制计划生成的实时性要求，本文不再进一步优化该过程的控制计划；

如图8(a)，8(b)所示，两个加速度计划下OA段都保持喷管面积不变，受最大燃油变化速率限制，AB段受最大喘振裕度边界约束限制，BC段受燃烧室出口温度限制，不同的是CD段，基于开环燃油的控制计划，在C点高压转子已达到目标转速，因此需调节燃油量以保持高压转子转速恒定，其过程约束为高压转子转速，而分阶段的加速度控制计划，在CD段双转子都没有达到目标转速，其过程约束为W_f，A₈的变化速率；

Table 2Comparison of two acceleration control parameters

加速过程对比结果整理为表2，方法1为定状态的控制计划设计方法，方法2为本文提出的分阶段控制计划设计方法。从加速时间上，基于开环燃油的控制计划OC段持续时间为5s，CD段持续时间为1.05s，加速度控制计划OC段持续时间为5.2s，CD段持续时间为0.3s。因此基于加速度计划的过渡态过程总时间能节省0.55s，占总时间的10％。从超调量上，本方法由于规划了加速过程，减少了加速过程的超调量。

分析本文方法减少加速时间的原因为，基于开环燃油量的控制计划，在CD段喷管面积达到目标面积，但是燃油量超出目标稳态燃油量，需调整燃油量控制高压转子转速超调。受燃油量变化速率的限制，此过程高压转子转速不能固定，会出现振荡现象，因此燃油量也会超调与回调，延长了加速时间。同时，由于开环燃油控制计划无法同时控制双转子转速，因此即使D点燃油量达到目标稳态，低压转子转速偏差占总转速增量的2％，需继续延长1s时间才能保持1％的精度。因此，基于开环燃油量的控制律设计方法，由于不能协调双转子转速增量，无法避免控制变量超调的问题，其加速时间并不是最优解，而基于加速度的控制计划，在即将到达目标状态时能够提前调整双控制变量，控制双转子转速同时稳定，进一步优化了加速时间；

综上，本文对发动机过渡态控制计划的建立方法进行研究，提出了分阶段的加速度控制计划建立方法，通过仿真研究可以得到以下一些结论：

(1)本文提出的控制计划，协调了混排涡扇发动机双转子加速过程，进一步优化了加速时间。

(2)本文提出的控制计划，通过寻找超调临界点，修正协同修正临界点内的控制计划，既满足了边界约束，又避免了求解带约束优化问题，满足工程实用性要求。

(3)基于动态稳定法的求解模型，代替动态仿真模型进行控制计划设计，减少了非线性模型调用次数，提高计算实时性。

基于本文提出的方法，有望建立控制计划自动计算系统，用于机载过渡态控制计划的在线计算。

以上所述，仅为本公开的具体实施方式，但本公开的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本公开揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本公开的保护范围之内。因此，本公开的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (5)

1.涡轮发动机过渡态机载在线性能分析与规划方法，其特征在于，包括：建立在线控制系统，能够将加速度控制指令转化为燃油量和尾喷管面积的控制指令，对于过渡态的发动机系统，对其状态方程离散化，如式(1)所示，其中x＝[N_L,N_H]，y＝[Tt₃,Tt₄,Pt₃,Pt₄,SM_Fan,SM_HPC]，u＝[W_f,A₈]，k表示第k个离散时刻：

假设k时刻加速度指令为需要求解u(k)与x(k)，使得/> 由于x(k)与u(k)受共同工作方程非线性约束，难以直接确定u(k)，因此可减少时间间隔，用x(k-1)代替x(k)，x(k-1)由发动机监测值确定，系统状态方程转化为式(2)，借鉴动态稳定法的思想，只需要在共同方程中纳入转子加速度残差量，迭代燃油量与喷管面积，即可化动为静，求解u(k)；

在飞行员推动油门杆提出推力需求后，系统寻找满足推力需求且性能综合性能最优的稳态工作点，基于非线性自适应总体性能模型，生成控制计划，在过渡态按一定周期更新指令，基于动态稳定法，由加速度指令值和转速监测值计算控制量，考虑到模型与实际的偏差，增加PI控制回路调节燃油量，保证高压转子加速度追随控制指令。

2.根据权利要求1所述的涡轮发动机过渡态机载在线性能分析与规划方法，其特征在于，动态稳定法的求解模型，用于在线控制系统中求解控制量；过渡态k时刻，加速度指令为控制计划积分面积可确定状态量[N_L,N_H]，共同工作方程迭代变量为[W,α,β_Fan,β_HPC,π_HPT,π_LPT,A₈,W_f],残差量如式(3)所示，使用牛顿-辛普森算法即可求解共同工作方程，确定系统状态；

3.根据权利要求1所述的种涡轮发动机过渡态机载在线性能分析与规划方法，其特征在于，等转速增量的控制计划生成方法：

将加速过程转速增加量均分为m段，每一段内高低压转子转速分别增加对应于加速度控制计划，每一段加速度计划与横坐标构成梯形，其积分面积为每一段的转速增量，横坐标跨度为每一段的持续时间，可进行控制计划的逐段设计，通过调节每一段末态加速度值来调节过渡态性能，控制双转子横坐标跨度相同来保持双转子加速时间一致；

为说明每一段的设计变量都为该设计段末态的高压转子加速度，记第k设计段末态的高低压转子加速度分别为 可由/>确定，如式(4),(5)所示；

第k设计段末态，高低压转子转速由式(6)，(7)确定；

在第k段的转速与加速度确定后，由动态稳定法可确定系统在k时刻的状态，其中，N_L,k，N_H,k均为确定值，由/>决定；因此，第k设计段的末态状态由/>决定，如式(8)所示；

当转子的转速增量足够小，y_k在每个设计段单调变化，因此只需保证y_k-1与y_k满足边界约束，即可保证设计段满足边界约束；从加速起始状态逐段设计，即可生成满足边界约束且加速时间最优的控制计划；边界约束如式(9)所示；

4.根据权利要求1所述的种涡轮发动机过渡态机载在线性能分析与规划方法，其特征在于；

为修正加速计划中的超出边界约束限制的部分，假设状态1达到某一约束限制，状态2超出边界约束限制，从状态1到状态2双转子转速增量为固定值，可列状态方程如式(10)所示：

由式(10)可知，在双转子转速增量确定后，y₂由u₂决定，在保证过程内双转子持续时间相等的前提下，调整中高压转子加速度值，即可使y₂满足边界限制，由剩余功率原理，监测量y的变化速率与双转子加速度变化速率有正向关系，在修正双转子加速度控制计划的图线走向后，基本保证y满足边界约束。

5.根据权利要求4所述的种涡轮发动机过渡态机载在线性能分析与规划方法，其特征在于，分阶段的控制计划设计流程如下：

步骤一：为保持A₈不变，修正基于动态稳定法的求解模型，减少低压转子加速度残差和A₈迭代变量，首先调节高压转子加速度斜率以满足然后调节阶段一的末状态的/>满足SM_HPC＝SM_HPC,max；

步骤二：保持A₈和不变并延长一定时间，燃油量将持续上升，同时低压转子加速度上升，保持直到满足/>

步骤三：令阶段5的双转子初始加速度和阶段2的末态加速度相等，基于动态稳定法的求解模型，在满足的条件下，减少双转子共同持续时间；

步骤四：基于阶段5初状态转子转速和阶段2末状态转子转速差，

计算黄虚线状态的持续时间，之前的控制计划设计步骤，可使双转子在黄虚线状态的持续时间相同；

步骤五：基于动态稳定法的求解模型，仿真阶段K和阶段5，期间Tt₄,SM_HPC会出现超调与回落，定位Tt₄＝Tt_4,max,SM_HPC＝SM_HPC,max的临界时刻，并基于积分面积计算首次出现的超调状态在超调阶段的双转子转速增量；

步骤六：修正状态1在超调区间内的加速度计划，计算修正后的阶段K的Δt，修正方法以及控制计划设计方法，可满足阶段K内双转子持续时间相等，基于动态稳定法得到求解模型，重新计算阶段K内状态2达到边界约束的临界点；

步骤七：采用与步骤六相同的控制计划修正方法，由状态2在超调临界点内的转速增量计算Δt，最终生成满足边界约束的控制计划。