双外涵涡扇模式较高涵道比与较低耗油率，面向巡航任务。
- 外涵构型
- 双外涵
- 主要任务
- 巡航
- 性能侧重
- 经济性
Method & evidence
从发动机建模，
到控制方法与完整证据
沿“物理基准—LPV 预测—约束控制—工况结果—片上验证”连续阅读完整论证链。
PRIMARY / 02METHODModel · Control · Cases · Runtime
01 · Engine & model
发动机、物理基准与 LPV 代理
非线性部件级模型提供离线物理基准，三维调度 LPV 模型承担在线状态预测与约束计算。
ENGINE MODESFLOW-PATH RECONFIGURATIONβMSV : 1 → 0
连续流路重构MSV · CDFS · FVABI
单外涵涡喷模式较低涵道比与较高比推力，面向加速任务。
- 外涵构型
- 单外涵
- 主要任务
- 加速
- 性能侧重
- 比推力
MSV、CDFS、FVABI 与喷管面积共同改变外涵流量分配和工作模式。
基于 GasTurb 构型、设计点数据和 NASA T-MATS，承担平衡求解、可行域分析与算法验证。
以 NL、βMSV 与 A8 在线插值预测矩阵，降低滚动求解负担。
PHYSICAL REFERENCE展开部件级非线性模型与变几何说明DETAILS
01
MSV分配外涵流量
模式选择阀改变第二外涵流量，其开度同时表征连续模式转换进程。
02
CDFS + FVABI保持几何协调
CDFS 可调导叶和前变面积涵道引射器随模式因子联动。
03
EXHAUST NOZZLE保留推力调节自由度
A8 独立参与调节，用于协调推力响应与压气机稳定裕度。
R(x) → 0 · Newton–Raphson
同时求解高、低压转子功率平衡，以及各流路截面的流量连续和压力匹配。
MSV · αCDFS · A125
以非线性映射、特性图修正和面积变化连续描述跨模态流路重构。
|rp| ≤ ε
将 FVABI 严格静压平衡改写为带界残差闭合条件，扩大快速转换过程中的收敛域。
设计点匹配变几何面积误差 ≤ 5%
稳态一致性截面热力参数误差 ≤ 3%
可行域遍历H = 11 km · Ma 0.8 / 1.4
模型角色物理基准与离线数据源
CONTROL-ORIENTED LPV MODEL展开三维调度、状态与输入输出定义DETAILS
- 1OPERATING GRID选择稳态点
在三维调度空间布置工作点。
- 2LINEARIZE获得局部 LTI
形成离散子模型库。
- 3SCHEDULE定义模式因子
以 βMSV 统一表达变几何联动。
- 4INTERPOLATE重构 LPV 矩阵
依据 ρ 获得 A、B、C 与 D。
x = [NL, NH]T
低压与高压转子转速描述主要动态状态。
u = [Wf, βMSV, A8]Tρ = [NL, βMSV, A8]T
燃油、模式转换和喷管共同参与控制。
y = [NL, NH, T4, FN, SMFan, SMCDFS, SMHPC]T
覆盖转速、推力、温度和三个喘振裕度。
LPV ACCURACY局部动态拟合度均超过 99%
两类飞行条件下的七项输出中值辨识误差通常低于 1.1%，最大中值误差不超过 1.3%。
02 · Cooperative control
三项调节量进入同一个滚动优化问题
每个采样周期同时权衡任务、动作与安全边界，不预先固定“先推力”或“先几何”的阶段顺序。
Ȳ = Φx̄ + ΓΔU + Ψūk−1
将状态和控制增量映射为预测域内的转速、推力、温度与喘振裕度。
Δu = [ΔWf, ΔβMSV, ΔA8]T
燃油、模式转换因子和喷管面积共同成为滚动时域决策量。
min J s.t. u, Δu, y ∈ Ω
OSQP 在固定稀疏结构上热启动求解，并仅执行控制序列第一步。
温度上限T4 ≤ T4,max
喘振裕度SMj ≥ SMj,min
执行机构umin ≤ u ≤ umax
变化速率|Δu| ≤ Δumax
三项调节量同时参与优化。
研究方法通过阶段化控制依次完成任务。
对照基准采用另一种任务先后关系。
对照基准
RECEDING-HORIZON OPTIMIZATION展开一个滚动优化周期5 STEPS
- 1SCHEDULELPV 插值
获得当前模型矩阵与稳态偏置。
- 2PREDICT构造预测矩阵
把控制增量映射至性能与安全输出。
- 3FORMULATE形成约束 QP
加入跟踪、动作代价和约束。
- 4SOLVEOSQP 求解
利用固定稀疏结构和 warm start。
- 5RECEDE执行第一步
施加当前增量并移动预测时域。
03 · Scenario evidence
两类工况的完整结果与指标口径
首页只给出摘要；本节集中呈现三策略曲线、完整表格、对比基准和安全边界。
统一口径
- 推力稳定时间
- 推力进入并持续保持在规定误差带内的时刻。
- 流路重构完成时间
- 模式因子及联动几何完成目标转换的时刻。
- 总体任务完成时间
- 上述两项完成时刻的较大值。
- 改善比例
- 以同工况分段串行方案1的总体任务完成时间为基准。
燃油、模式转换因子与喷管面积进入同一个滚动优化问题。
| 策略 | Ma 1.4 加速 总体任务完成时间 | Ma 0.8 减速 总体任务完成时间 | 对比说明 |
|---|---|---|---|
| 并发协同 | 1.80 s | 9.04 s | 研究方法 |
| 分段串行方案1 | 5.34 s | 15.84 s | 改善比例基准 |
| 分段串行方案2 | 3.64 s | 10.90 s | 另一分段基准 |
CASE / SP-1.4Ma 1.4 超音速加速并发总体任务 1.80 s · 较方案1缩短 3.54 s（66.3%）· 较方案2缩短 1.84 s（50.5%）T4 余量 +0.08 K
高度 11 km · 推力快速建立与流路重构同步进行。并发策略推力稳定时间为 1.80 s，流路重构完成时间为 1.62 s。
三种策略均满足当前 LPV 工况约束
NUMERICAL SUMMARY三策略关键结果
改善以分段串行方案1总体任务完成时间为基准| 策略 | 总体任务完成时间 | 流路重构完成时间 | 相对分段串行方案1改善 | 最小 SM | 约束状态 |
|---|---|---|---|---|---|
| 并发协同 | 1.80 s | 1.62 s | 缩短 3.54 s（66.3%） | 14.22% | 满足 |
| 分段串行方案1 | 5.34 s | 1.64 s | 基准 | 14.22% | 满足 |
| 分段串行方案2 | 3.64 s | 3.08 s | 缩短 1.70 s（31.8%） | 11.53% | 满足 |
CASE / PS-0.8Ma 0.8 亚音速减速并发总体任务 9.04 s · 较方案1缩短 6.80 s（42.9%）· 较方案2缩短 1.86 s（17.1%）FAR 余量 +4.91×10⁻⁶
高度 11 km · 推力降低与几何回调耦合进行。并发策略推力稳定时间为 9.04 s，流路重构完成时间为 8.02 s。
三种策略均满足当前 LPV 工况约束
NUMERICAL SUMMARY三策略关键结果
改善以分段串行方案1总体任务完成时间为基准| 策略 | 总体任务完成时间 | 流路重构完成时间 | 相对分段串行方案1改善 | 最小 SM | 约束状态 |
|---|---|---|---|---|---|
| 并发协同 | 9.04 s | 8.02 s | 缩短 6.80 s（42.9%） | 13.70% | 满足 |
| 分段串行方案1 | 15.84 s | 6.60 s | 基准 | 13.76% | 满足 |
| 分段串行方案2 | 10.90 s | 10.90 s | 缩短 4.94 s（31.2%） | 14.01% | 满足 |
04 · Real-time evidence
20 ms 周期内完成在线计算
01
OFFLINE固定模型与求解器结构
桌面端整理 LPV 模型数据，预先生成预测与 QP 稀疏结构并完成 OSQP 代码生成。
02
ON-CHIP · 20 ms在线调度与求解
片上更新插值模型和 QP 数值，以 float32、最多 45 次迭代、10−3 容差和 warm start 求解。
03
ACTUATE & TELEMETRY执行、计时与回传
施加第一步控制增量，使用 DWT 记录耗时，并经 RTT 回传输出与求解状态。
EVERY 20 MILLISECONDS展开一个片上控制周期5 STEPS
- 1SCHEDULE三维 LPV 插值
更新模型矩阵与稳态偏置。
- 2PREDICT预测矩阵更新
构造当前 Φ、Γ 与 Ψ。
- 3ASSEMBLE固定稀疏 QP
只更新随工况变化的数值。
- 4SOLVE有界迭代求解
热启动并记录 OSQP 状态。
- 5ACT & LOG执行与遥测
输出控制量并回传周期数据。
CURRENT · STM32H723VGTB
0 / 1500 deadline miss当前平台：性能余量与数值一致性
Cortex-M7 · 550 MHz · APRBS最坏耗时仅占 20 ms 截止时间的 21.4%
平均耗时3.335 ms
P95 耗时4.008 ms
最大耗时4.273 ms
最坏时间裕度78.6%
1,500 个控制周期均未超过截止线。
Numerical consistency
嵌入式与桌面参考轨迹高度重合
APRBS 激励覆盖多个工作区间，用于检验在线调度、单精度计算与求解器部署后的数值一致性。
0.093NL RMSE · %DP
1.628FN RMSE · N
1.385T4 RMSE · K
平均、P95、最大耗时和 deadline miss。
嵌入式与桌面参考误差和动态相关性。
OSQP 状态、迭代次数与近似解影响。
温度、喘振裕度与输入约束独立检查。