Control transitorio con restricciones de seguridad para motores aeronáuticos: un marco ADP diféomorfo basado en datos

Área de la Ciencia:

• Ingeniería Aeroespacial
• Teoría de control
• Inteligencia artificial

Sus antecedentes:

• El control de los motores de los aviones requiere la gestión de condiciones transitorias complejas y el cumplimiento de estrictos límites de seguridad.
• Los métodos existentes luchan con transientes de amplio rango y la aplicación explícita de restricciones.
• El desarrollo de estrategias de control sólidas para el funcionamiento seguro y eficiente de los motores de aeronaves es fundamental.

Objetivo del estudio:

• Desarrollar un nuevo marco de programación dinámica adaptativa (ADP) basado en datos para el control de motores de aeronaves con restricciones de seguridad.
• Hacer cumplir explícitamente las restricciones de seguridad estatales y de entrada durante las operaciones transitorias de amplio alcance.
• Mejorar el rendimiento del control y reducir la complejidad computacional en aplicaciones de motores aeronáuticos.

Principales métodos:

• Utilizando transformaciones diféomorfas para eliminar restricciones de estado explícitas, reformulando el problema con saturación de entrada virtual.
• Diseño de una función de barrera tangente hiperbólica inversa para manejar las restricciones de entrada y aplicar el principio de optimalidad de Bellman.
• Emplear un método de iteración de políticas basado en datos para aproximar la ecuación de Hamilton-Jacobi-Bellman y derivar la ley de control óptimo.

Principales resultados:

• El marco de ADP propuesto hace cumplir con éxito las restricciones de seguridad estatales y de insumos.
• Las simulaciones en un motor JT9D demostraron transiciones de condiciones de funcionamiento seguras y rápidas.
• El método logró un rendimiento de control superior, reduciendo el tiempo de aceleración en un 24,6% en comparación con el PID y el PSO-MPC.

Conclusiones:

• El marco ADP diféomorfo basado en datos desarrollado ofrece una solución factible y estable para el control de motores de aeronaves con restricciones de seguridad.
• El enfoque mejora significativamente el rendimiento y la eficiencia del control durante condiciones transitorias.
• Esta investigación presenta un avance práctico para los sistemas modernos de control de motores aéreos.