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—独立复核”连续阅读完整论证链。
PRIMARY / 02METHODModel · Control · Cases · Runtime · Review
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]T
ρ = [NL, βMSV, A8]T
ρ = [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 Sequential-I 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 | 1.64 s | 8.02 s | 研究方法 |
| Sequential-I | 5.36 s | 12.40 s | 改善比例基准 |
| Sequential-II | 3.64 s | 10.90 s | 另一顺序基准 |
CASE / SP-1.4Ma 1.4 超音速加速并发总体任务 1.64 s · 相对 Seq-I 缩短 69.4%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 1.64 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
改善比例以 Seq-I 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 Seq-I 改善 | 最小 SM | 约束状态 |
|---|---|---|---|---|---|
| 并发协同 | 1.64 s | 1.62 s | −69.4% | 14.22% | 满足 |
| 顺序策略 I | 5.36 s | 1.64 s | 基准 | 14.22% | 满足 |
| 顺序策略 II | 3.64 s | 3.08 s | −32.1% | 11.53% | 满足 |
CASE / PS-0.8Ma 0.8 亚音速减速并发总体任务 8.02 s · 相对 Seq-I 缩短 35.3%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 6.24 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
改善比例以 Seq-I 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 Seq-I 改善 | 最小 SM | 约束状态 |
|---|---|---|---|---|---|
| 并发协同 | 8.02 s | 8.02 s | −35.3% | 13.70% | 满足 |
| 顺序策略 I | 12.40 s | 6.60 s | 基准 | 13.76% | 满足 |
| 顺序策略 II | 10.90 s | 10.90 s | −12.1% | 14.01% | 满足 |
- 两个代表性 LPV 工况中，并发策略的总体任务完成时间均短于两类顺序策略。
- 当前工况的温度、FAR 与压气机裕度可按对应边界逐项核对。
- STM32H723 的 1,500 个 APRBS 周期全部满足 20 ms 截止要求。
- 模式因子降维在代表性稳态区域带来显著在线规模收益。
- 并发协同在全部飞行包线和所有任务中均为全局最优。
- 稳态降维机会损失等同于动态闭环性能损失。
- Ma 1.4 局部几何偏差无收益；当前转换区数据覆盖为 0%。
- 实时计算达标可以替代温度、喘振裕度与输入约束检查。
04 · Real-time evidence
20 ms 周期内完成在线计算
时间可行性、数值一致性、求解可靠性与约束满足性分别报告；“无超时”不替代安全结论。
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
LEGACY · STM32F405RG历史平台：满足截止要求，但接近实时边界4.22% 最坏时间裕度
Cortex-M4 · 历史配置0 / 750 deadline miss
平均耗时7.109 ms
P95 耗时17.955 ms
最大耗时19.156 ms
T₄ 违反周期8
实时达标不能替代安全审查。
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。
05 · Independent review
独立复核：降维收益与适用边界
总体稳态降维验证与轨迹局部偏差验证回答不同问题，不能合并成单一“有效/无效”结论。
一句话复核结论模式因子降维显著减少在线决策规模，并在代表性稳态区域保持有限机会损失；但现有轨迹数据只支持 Ma 0.8 减速中的小幅局部机会，尚不能评价 Ma 1.4 加速的局部收益。
01
GLOBAL STEADY-STATE EVIDENCE
总体稳态降维验证
在固定 MSV 与燃油单元内允许 CDFS 和 FVABI 独立变化，用独立四维遍历量化联动几何相对安全推力上界的机会损失。
在线决策维数−40%
由五输入降至三输入的规模变化。
中位推力机会损失2.09% / 1.42%
Ma 0.8 / Ma 1.4 代表性稳态工况。
一网格安全覆盖94.29% / 100%
联动流形邻域的有限安全覆盖。
支持：代表性稳态区域存在低维可行流形，较少在线变量可以显著降低 QP 规模。
边界：有限机会损失不等于全局最优，也不等于完整动态闭环性能损失。
查看复核方法
比较联动代理点与独立选择 CDFS、FVABI 后的安全推力上界。
同时比较推力、温度和三个喘振裕度，不引入人为权重。
在局部邻域内检查收敛与安全覆盖。
02
TRAJECTORY-LOCAL EVIDENCE
轨迹局部偏差验证
沿保存的加减速轨迹，在联动流形附近寻找有限几何偏差，并审计独立遍历数据对真实转换窗口的覆盖。
Ma 0.8 · 转换区数据覆盖37.83%
只有覆盖区间可用于当前局部评估。
Ma 0.8 · 优化激活率7.39%
仅少量轨迹采样点激活偏差。
Ma 0.8 · 预测最大增益0.63%
仍需非线性动态注入确认。
Ma 1.4 · 转换区数据覆盖0%
当前不可评价，不解释为零收益。
支持：Ma 0.8 当前覆盖区间内存在有限、小幅的局部几何调整机会。
边界：Ma 1.4 转换窗口缺少覆盖，不能据此声称局部偏差无收益。
预测增益中位数约 0.54%、最大约 0.63%；仍需动态注入确认。
加速过程燃油范围超出现有独立遍历数据，当前不能评价释放几何自由度是否带来收益。
查看后续验证路径
固定现有控制输入，只比较基准联动与局部偏差指令。
记录收敛、推力误差、温度峰值与最小安全裕度。
开环通过后再叠加原 MPC，形成新的闭环实验。
- 代表性稳态工况下，降维带来的推力机会损失有限。
- 在线变量减少能够降低 QP 规模。
- Ma 0.8 覆盖区间内存在小幅局部调整机会。
- 线性联动在所有工况下均为全局最优。
- 降维完整保留全部超驱动性能上界。
- Ma 1.4 局部偏差无收益或零收益。
EVIDENCE & REPRODUCTION复核证据与复现材料
总体稳态结果、决策规模与局部规划数据集中归档。