一種航空增壓器控制系統(tǒng)及其調(diào)節(jié)方法
【專利摘要】本發(fā)明提出了一種航空發(fā)動(dòng)機(jī)增壓器壓力閉環(huán)控制系統(tǒng)，其屬于航空活塞發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣系統(tǒng)與調(diào)節(jié)領(lǐng)域。本發(fā)明采用電機(jī)直驅(qū)的位置伺服系統(tǒng)解決了采用廢氣門控制增壓和利用增壓調(diào)節(jié)廢氣門的耦合問(wèn)題，控制更直接，調(diào)節(jié)范圍更廣，響應(yīng)速度更高；同時(shí)本系統(tǒng)采用的調(diào)節(jié)方法，根據(jù)大氣高度和節(jié)氣門位置的變化率對(duì)廢氣門動(dòng)作進(jìn)行瞬態(tài)修正，保證了增壓壓力的瞬態(tài)快速控制效果。本發(fā)明的控制系統(tǒng)主要包括直接驅(qū)動(dòng)的電機(jī)和減速齒輪構(gòu)成的位置伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)；大氣壓力、大氣溫度、增壓壓力、增壓溫度、增壓器轉(zhuǎn)速、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、節(jié)氣門位置、廢氣門位置傳感器；具備調(diào)節(jié)算法的微型計(jì)算機(jī)和接口電路組成的控制器。
【專利說(shuō)明】一種航空增壓器控制系統(tǒng)及其調(diào)節(jié)方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明提出了一種航空用活塞發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪增壓器增壓壓力閉環(huán)控制系統(tǒng)及其調(diào)節(jié)方法，屬于活塞發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣調(diào)節(jié)與控制領(lǐng)域，可以用于通用航空、無(wú)人機(jī)以及其他航空發(fā)動(dòng)機(jī)方面，也可以用在地面車用發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力的高海拔功率恢復(fù)。該控制系統(tǒng)執(zhí)行器采用電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)，響應(yīng)速度快，集成度高；該控制系統(tǒng)采用的調(diào)節(jié)算法同時(shí)考慮大氣壓力和發(fā)動(dòng)機(jī)節(jié)氣門位置以及兩者的變化率，在實(shí)現(xiàn)增壓壓力穩(wěn)態(tài)控制的基礎(chǔ)上，保證了增壓壓力的瞬態(tài)控制效果。

【背景技術(shù)】
[0002]渦輪增壓作為活塞發(fā)動(dòng)機(jī)提高功率的有效方式，已經(jīng)在地面發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用，包括柴油發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)和汽油發(fā)動(dòng)機(jī)。但是，在航空應(yīng)用中，現(xiàn)在基本上仍以汽油發(fā)動(dòng)機(jī)為主，而且供油方式大部分仍處在化油器方式，電控燃油噴射技術(shù)使用不多。在以上條件下，對(duì)汽油機(jī)進(jìn)行增壓控制實(shí)現(xiàn)功率恢復(fù)或者提高升限比較困難，主要原因一是現(xiàn)有的增壓控制采用的是機(jī)械調(diào)節(jié)控制方式，控制范圍非常窄，控制不靈活，還需要附加的壓力保護(hù)裝置；二是航空活塞發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行過(guò)程中，高度存在瞬態(tài)變化情況，外界大氣壓力也存在瞬態(tài)變化，采用機(jī)械調(diào)節(jié)裝置難以實(shí)現(xiàn)增壓快速瞬態(tài)控制。
[0003]現(xiàn)有大批量使用的增壓系統(tǒng)機(jī)械調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)原理如圖1所示。彈性膜片和彈簧構(gòu)成調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，其中一端接到增壓器壓氣機(jī)出口和發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣部分的節(jié)氣門之前，另外一端接到環(huán)境壓力。該種調(diào)節(jié)方式實(shí)質(zhì)上調(diào)節(jié)的是增壓壓力和環(huán)境壓力之間的差值，該差值決定了廢氣門開(kāi)度的大小。這在地面動(dòng)力上使用是沒(méi)問(wèn)題的，因?yàn)榈孛鎰?dòng)力使用環(huán)境壓力變化不是很大，這樣增壓壓力能實(shí)現(xiàn)較小波動(dòng)范圍內(nèi)的穩(wěn)定。但該種方式顯然不能解決航空應(yīng)用環(huán)境的問(wèn)題，航空發(fā)動(dòng)機(jī)爬升過(guò)程中高度存在急劇變化情況，按照上述調(diào)節(jié)方式的增壓壓力是不能保持恒定的，這對(duì)于采用化油器供油方式的發(fā)動(dòng)機(jī)來(lái)講，基本上是無(wú)法工作的。除此之外，現(xiàn)有的地面發(fā)動(dòng)機(jī)中，采用增壓技術(shù)的同時(shí)，基本上采用了電子節(jié)氣門，為了保證發(fā)動(dòng)機(jī)的瞬態(tài)性能，必須避免出現(xiàn)節(jié)氣門瞬態(tài)減小情況下的超壓情況，因此額外需要增加增壓器壓氣機(jī)出口的安全閥，這增加了系統(tǒng)的復(fù)雜程度，也不符合航空發(fā)動(dòng)機(jī)的輕質(zhì)高效要求?？梢哉f(shuō)，現(xiàn)有的純機(jī)械調(diào)節(jié)方式完全不能滿足航空應(yīng)用要求。
[0004]除了以上純機(jī)械的調(diào)節(jié)方式外，為了提高靈活程度，現(xiàn)在存在的另外一種方式是真空調(diào)節(jié)方式，其基本實(shí)現(xiàn)原理如圖2所示。該種方式實(shí)質(zhì)上是在純機(jī)械方式上，增加了電控調(diào)節(jié)能力，通過(guò)氣動(dòng)調(diào)節(jié)模塊來(lái)實(shí)現(xiàn)。氣動(dòng)調(diào)節(jié)模塊一端接大氣，一端接增壓器壓氣機(jī)出口，其工作方式是通過(guò)其中電磁閥的開(kāi)關(guān)實(shí)現(xiàn)膜片室聯(lián)通大氣或者壓氣機(jī)出口，兩者接通時(shí)間的比例調(diào)節(jié)了膜片室的壓力，從而可以實(shí)現(xiàn)廢氣門開(kāi)度的調(diào)整。該種方式可以實(shí)現(xiàn)一定范圍內(nèi)的壓力調(diào)節(jié)，但是必須注意的是不能實(shí)現(xiàn)增壓壓力之外的范圍調(diào)節(jié)，而且該種調(diào)節(jié)方式存在采用增壓控制廢氣門和利用廢氣門調(diào)節(jié)增壓的循環(huán)問(wèn)題，在航空活塞發(fā)動(dòng)機(jī)中無(wú)法應(yīng)用。
[0005]由于現(xiàn)有的增壓器執(zhí)行器都是上述兩種方式，因此控制調(diào)節(jié)算法也都基于以上執(zhí)行器進(jìn)行實(shí)現(xiàn)。CN101082318B專利提出了一種用于不同海拔高度控制渦輪增壓內(nèi)燃機(jī)進(jìn)氣壓力的控制系統(tǒng)，但是該專利主要是解決高海拔地區(qū)的發(fā)動(dòng)機(jī)增壓壓力控制，沒(méi)有考慮海拔高度的瞬態(tài)變化；而且該專利采用的執(zhí)行器即是上面論述的電子調(diào)節(jié)的氣動(dòng)致動(dòng)器，氣動(dòng)執(zhí)行器的動(dòng)力來(lái)源于增壓壓力和環(huán)境壓力，存在利用廢氣門來(lái)控制增壓和利用增壓來(lái)驅(qū)動(dòng)廢氣門的循環(huán)使用問(wèn)題，廢氣門運(yùn)行難以保證理想運(yùn)動(dòng)情況。該種驅(qū)動(dòng)方式的缺點(diǎn)在專利CN102191999A中也有論述。CN101994594A專利是從節(jié)流閥和增壓器綜合控制上進(jìn)行調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性的綜合兼顧，這種調(diào)節(jié)方法要求發(fā)動(dòng)機(jī)必須帶有電子節(jié)氣門和增壓器可調(diào)裝置(廢氣門、可變幾何、可變噴嘴等)，顯然該種方式在仍然采用化油器供油方式的航空發(fā)動(dòng)機(jī)中，是無(wú)法使用的。CN102297015A專利則是重點(diǎn)解決增壓器調(diào)節(jié)執(zhí)行器在控制范圍以外的情況，調(diào)節(jié)算法通過(guò)對(duì)增壓器執(zhí)行器調(diào)節(jié)范圍根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)工況進(jìn)行限制，同時(shí)采用對(duì)積分項(xiàng)的不同處理實(shí)現(xiàn)控制范圍的調(diào)整；該專利主要集中在地面動(dòng)力上的增壓控制，不適合高度變化的航空活塞發(fā)動(dòng)機(jī)。因此，綜合現(xiàn)有增壓器系統(tǒng)的技術(shù)現(xiàn)狀和航空活塞發(fā)動(dòng)機(jī)的獨(dú)特使用環(huán)境，本發(fā)明提出一種基于電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)的增壓壓力閉環(huán)控制系統(tǒng)，既能實(shí)現(xiàn)增壓壓力的大范圍靈活調(diào)節(jié)也能實(shí)現(xiàn)增壓壓力的瞬態(tài)快速控制效果。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明提出一種航空活塞發(fā)動(dòng)機(jī)增壓壓力控制系統(tǒng)及其調(diào)節(jié)方法，為采用化油器供油方式的航空活塞發(fā)動(dòng)機(jī)提供穩(wěn)定進(jìn)氣系統(tǒng)，其控制調(diào)節(jié)方法重點(diǎn)解決兩個(gè)問(wèn)題，一是現(xiàn)有控制系統(tǒng)執(zhí)行器響應(yīng)速度慢、調(diào)節(jié)范圍窄；二是發(fā)動(dòng)機(jī)高度以及節(jié)氣門位置瞬態(tài)變化情況下，增壓壓力的瞬態(tài)快速調(diào)節(jié)。本發(fā)明可以保證航空活塞發(fā)動(dòng)機(jī)滿足起動(dòng)、爬升、巡航以及降落過(guò)程中的穩(wěn)定增壓壓力要求。
[0007]本發(fā)明提出的控制系統(tǒng)包括傳感器、控制器和執(zhí)行器三部分，其中關(guān)鍵核心是電機(jī)直驅(qū)的執(zhí)行器和相應(yīng)的控制算法。傳感器部分按照發(fā)動(dòng)機(jī)、增壓器和大氣環(huán)境三方面進(jìn)行劃分，發(fā)動(dòng)機(jī)傳感器包括發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、節(jié)氣門開(kāi)度；增壓器傳感器包括增壓器轉(zhuǎn)速、增壓壓力、廢氣門開(kāi)度；大氣環(huán)境包括大氣溫度和壓力?？刂破鳛榘刂普{(diào)節(jié)算法的微型計(jì)算機(jī)和有關(guān)的傳感器、執(zhí)行器接口電路等。執(zhí)行器則是電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)的廢氣門位置伺服驅(qū)動(dòng)
>J-U ρ?α裝直。
[0008]本發(fā)明采用的電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)執(zhí)行器主要是解決現(xiàn)有增壓系統(tǒng)中機(jī)械調(diào)節(jié)或者間接氣動(dòng)調(diào)節(jié)的缺點(diǎn)提出的，避免了增壓壓力和廢氣門驅(qū)動(dòng)的循環(huán)使用問(wèn)題，也即執(zhí)行器不再和控制目標(biāo)增壓壓力存在耦合關(guān)系，直接在電力驅(qū)動(dòng)下實(shí)現(xiàn)廢氣門開(kāi)度的控制。由于該執(zhí)行器直接采用電力驅(qū)動(dòng)，響應(yīng)速度比純機(jī)械或者間接氣動(dòng)調(diào)節(jié)的執(zhí)行器響應(yīng)速度快，這對(duì)于航空增壓系統(tǒng)中的瞬態(tài)控制要求非常重要。除此之外，該執(zhí)行器解決了控制目標(biāo)增壓壓力和廢氣門的耦合問(wèn)題，控制更為直接，控制范圍也更寬，可以實(shí)現(xiàn)比較復(fù)雜的增壓壓力曲線，這在原來(lái)的執(zhí)行器方式中是無(wú)法實(shí)現(xiàn)的。
[0009]本發(fā)明的增壓器控制系統(tǒng)，其主要特征在于，設(shè)有:
[0010]傳感器部分:
[0011]發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器、節(jié)氣門位置傳感器，用于確定發(fā)動(dòng)機(jī)工作狀態(tài)(加速、減速和穩(wěn)態(tài))；
[0012]增壓器轉(zhuǎn)速傳感器、增壓壓力傳感器、廢氣門位置傳感器，用于確定增壓器工作狀態(tài)(正常，超速)和廢氣門位置狀態(tài)；
[0013]大氣壓力、溫度傳感器，用于確定發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行外界條件(起飛一爬升一巡航一降落)；
[0014]執(zhí)行器部分:
[0015]電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)的位置伺服控制系統(tǒng)，可以通過(guò)電機(jī)加減速齒輪箱實(shí)現(xiàn)，也可以采用電機(jī)加蝸輪蝸桿機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)。執(zhí)行器輸出通過(guò)連桿直接驅(qū)動(dòng)廢氣門，通過(guò)廢氣門位置傳感器實(shí)現(xiàn)位置閉環(huán)反饋。
[0016]控制器部分:
[0017]控制器部分為集成了控制調(diào)節(jié)算法的微型計(jì)算機(jī)和相應(yīng)的傳感器、執(zhí)行器接口電路，傳感器接口部分主要是模擬傳感器信號(hào)調(diào)理和數(shù)字傳感器脈沖信號(hào)變換；執(zhí)行器接口部分主要是實(shí)現(xiàn)電機(jī)正反雙向運(yùn)動(dòng)的H橋電路?？刂破鞲鶕?jù)傳感器信號(hào)輸入，確定增壓壓力目標(biāo)，根據(jù)當(dāng)前廢氣門位置，輸出控制信號(hào)，通過(guò)壓力反饋實(shí)現(xiàn)廢氣門位置控制。
[0018]本發(fā)明的增壓控制調(diào)節(jié)方法，其特征在于:
[0019]使用上述本發(fā)明的電機(jī)直驅(qū)位置伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)作為執(zhí)行器；
[0020]通過(guò)節(jié)氣門位置和大氣壓力查表確定穩(wěn)態(tài)目標(biāo)增壓值；
[0021]通過(guò)節(jié)氣門位置和大氣壓力變化率確定是否需要瞬態(tài)增壓補(bǔ)償；
[0022]節(jié)氣門位置變化率為正時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)屬于加速狀態(tài)，廢氣門執(zhí)行器關(guān)閉補(bǔ)償值正向增加，反之，則反向減小；
[0023]大氣壓力變化率增加時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)工作于降落狀態(tài)，廢氣門執(zhí)行器打開(kāi)補(bǔ)償值正向增加，反之，則反向減少。
[0024]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于:
[0025]1.采用直接驅(qū)動(dòng)執(zhí)行器，隔離了增壓壓力和廢氣門驅(qū)動(dòng)之間的聯(lián)系，驅(qū)動(dòng)更直接，響應(yīng)速度更快，壓力控制也更為精確；同時(shí)增壓壓力控制范圍調(diào)節(jié)更為靈活，適用范圍更廣。
[0026]2.采用大氣壓力判定高度變化，確定是否加入瞬態(tài)控制，避免增壓器正反饋情況出現(xiàn)，瞬態(tài)壓力控制更為平穩(wěn)。
[0027]3.采用節(jié)氣門開(kāi)度速率變化，確定增壓器廢氣門動(dòng)作快慢，增壓壓力瞬態(tài)響應(yīng)特性更好。
[0028]4.不需要增壓器壓氣機(jī)出口端附加瞬態(tài)壓力限制閥，系統(tǒng)復(fù)雜程度降低，整體重量減輕。
[0029]5.瞬態(tài)調(diào)節(jié)算法根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)飛行情況確定，增壓系統(tǒng)控制實(shí)時(shí)性更強(qiáng)，發(fā)動(dòng)機(jī)性能特性更好。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0030]圖1為現(xiàn)有增壓器機(jī)械調(diào)節(jié)方式圖；；
[0031]圖2為現(xiàn)有增壓器電子調(diào)節(jié)方式圖；
[0032]圖3為本發(fā)明第一種實(shí)施方式圖；
[0033]圖4為本發(fā)明第二種實(shí)施方式圖；
[0034]圖5為本發(fā)明第二種實(shí)施方式位置伺服系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)原理圖；
[0035]圖6為本發(fā)明增壓壓力控制邏輯圖；
[0036]圖中:
[0037]101-大氣，102-機(jī)械調(diào)節(jié)器，103-廢氣門，104-渦輪，105-發(fā)動(dòng)機(jī)，106-節(jié)氣門，107-壓氣機(jī)，108-引壓管路，201 —電子調(diào)節(jié)模塊，202 —控制系統(tǒng)E⑶，301 —大氣溫度，302 一大氣壓力，303 —增壓溫度，304 —增壓壓力，305 —增壓器轉(zhuǎn)速，306 —發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，307 一節(jié)氣門開(kāi)度，308 —廢氣門位置，309 —大氣狀態(tài)，310 —增壓器狀態(tài)，311 —發(fā)動(dòng)機(jī)狀態(tài)，312 —控制器，313 —廢氣門驅(qū)動(dòng)器，314 —增壓器，401 —發(fā)動(dòng)機(jī)控制器，402 —通信接口，403 一增壓器位置伺服控制器，404 一廢氣門位置，405 —位置控制，406 —增壓器，501 一電源，502 — PWM接口，503 — CAN接口，504 —微控制器，505 —位置傳感器，506 — H橋，507 —電機(jī)，508 —齒輪箱。

【具體實(shí)施方式】
[0038]下面將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明。
[0039]本發(fā)明的第一種實(shí)施方式是單一控制器完成廢氣門位置和壓力閉環(huán)控制，具體實(shí)現(xiàn)如圖3所示。該系統(tǒng)包括大氣壓力301、大氣溫度302、增壓壓力303、增壓溫度304、增壓器轉(zhuǎn)速305、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速306、節(jié)氣門307、廢氣門位置308等傳感器，控制器312為集成了控制算法的微型計(jì)算機(jī)和相關(guān)接口電路，輸出執(zhí)行器313則是驅(qū)動(dòng)電機(jī)和減速齒輪構(gòu)成的伺服系統(tǒng)。
[0040]第一種實(shí)施方式的控制算法由以下過(guò)程實(shí)現(xiàn)。控制器312按照一定的頻率(中斷)采集301-308傳感器信息，首先根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速306和節(jié)氣門位置307傳感器確定初步目標(biāo)增壓值；接著通過(guò)大氣壓力傳感器301和節(jié)氣門位置傳感器307變化確定是否加入瞬態(tài)修正值，兩者之和作為最終的目標(biāo)增壓值；然后根據(jù)當(dāng)前增壓壓力303數(shù)值，確定廢氣門執(zhí)行器313打開(kāi)或者關(guān)閉動(dòng)作，該過(guò)程通過(guò)PID控制算法實(shí)現(xiàn)。為了防止PID算法在瞬態(tài)大信號(hào)過(guò)渡過(guò)程中出現(xiàn)振蕩現(xiàn)象，避免增壓器出現(xiàn)喘振，加入前饋控制調(diào)整，保證瞬態(tài)控制效果。
[0041]本發(fā)明的第二種實(shí)施方式是增壓器和單獨(dú)的位置控制器集成到一體，獨(dú)立成為一個(gè)系統(tǒng)，具體實(shí)現(xiàn)原理如圖4所示。位置伺服控制器403本身完成廢氣門位置反饋的閉環(huán)控制，和外界的接口通過(guò)通信接口 402或者其他方式實(shí)現(xiàn)。位置控制器接收外界(一般是發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)401)的控制命令信號(hào)，該控制信號(hào)表示廢氣門需要達(dá)到的目標(biāo)位置，位置伺服控制器403自身通過(guò)閉環(huán)控制實(shí)現(xiàn)廢氣門達(dá)到目標(biāo)對(duì)應(yīng)位置。也即是說(shuō)，位置伺服控制器403本身是位置反饋閉環(huán)控制器，壓力的閉環(huán)控制通過(guò)發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)401實(shí)現(xiàn)。該種實(shí)現(xiàn)方式的好處是，增壓器和調(diào)節(jié)單元是集成的，可以做成增壓器系統(tǒng)模塊，便于和其他發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)進(jìn)行集成，接口簡(jiǎn)單。
[0042]位置伺服控制器403的實(shí)現(xiàn)方式如圖5所示。該系統(tǒng)和外界的接口很少，只有電源501，PWM通信接口 502，CAN接口 503。電源501為整個(gè)控制系統(tǒng)提供電力。PWM通信接口502為控制系統(tǒng)提供命令信息和診斷信息，命令信息通過(guò)信號(hào)的占空比來(lái)表示，診斷信息通過(guò)高低電平和持續(xù)時(shí)間來(lái)表示。CAN接口 503為控制系統(tǒng)和其他控制系統(tǒng)之間的接口，相關(guān)命令信息通過(guò)協(xié)議制定實(shí)現(xiàn)。其實(shí)上述通信接口也可以采用其他方式實(shí)現(xiàn)，該種通信方式可以使得位置伺服控制器403可以作為獨(dú)立的位置執(zhí)行器，用在其他方面，比如其他方面的位置伺服控制。微控制器504通過(guò)H橋506對(duì)電機(jī)507進(jìn)行雙向驅(qū)動(dòng)，電機(jī)運(yùn)動(dòng)經(jīng)過(guò)減速齒輪箱508進(jìn)行減速最終實(shí)現(xiàn)廢氣門位置的驅(qū)動(dòng)，通過(guò)廢氣門位置傳感器505實(shí)現(xiàn)位置閉環(huán)控制。
[0043]第二種實(shí)施方式的控制算法由以下過(guò)程實(shí)現(xiàn)。該種實(shí)現(xiàn)方式中，位置伺服控制器403通過(guò)接收發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)401的位置控制指令，自身通過(guò)由微控制器504、H橋506、電機(jī)507、齒輪箱508和廢氣門位置傳感器505構(gòu)成的位置伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)廢氣門位置的閉環(huán)控制。
[0044]本發(fā)明的控制調(diào)節(jié)算法邏輯如圖6所示。本算法和地面動(dòng)力相比，增加了大氣高度的瞬態(tài)修正，同時(shí)根據(jù)航空活塞發(fā)動(dòng)機(jī)本身特點(diǎn)，在廢氣門打開(kāi)時(shí)直接采用PID算法，而在廢氣門關(guān)閉時(shí)為了防止增壓器出現(xiàn)喘振和壓力波動(dòng)，采用先前饋開(kāi)環(huán)的方式逐步關(guān)閉廢氣閥，在增壓壓力達(dá)到目標(biāo)值的90%范圍內(nèi)，為了減少穩(wěn)態(tài)誤差，此時(shí)采用PID算法調(diào)整，保證目標(biāo)值的準(zhǔn)確性。
[0045]整個(gè)算法以發(fā)動(dòng)機(jī)工況為基礎(chǔ)，以發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速306、節(jié)氣門位置307傳感器為基礎(chǔ)確定當(dāng)前發(fā)動(dòng)機(jī)狀態(tài)，查表確定初步目標(biāo)增壓值；然后根據(jù)大氣壓力301代表的高度以及節(jié)氣門位置307的變化確定是否加入瞬態(tài)修正，查表確定相關(guān)修正系數(shù)；在初步目標(biāo)增壓值和修正系數(shù)確定后，三者相乘得到最終的實(shí)際目標(biāo)增壓值；然后根據(jù)實(shí)際目標(biāo)增壓值是否大于當(dāng)前增壓壓力值確定，確定廢氣門關(guān)閉和打開(kāi)算法，廢氣門關(guān)閉時(shí)采用局部開(kāi)環(huán)和穩(wěn)態(tài)PID閉環(huán)調(diào)節(jié)的方式實(shí)現(xiàn)，廢氣門打開(kāi)則直接采用穩(wěn)態(tài)PID調(diào)節(jié)的方式實(shí)現(xiàn)。
【權(quán)利要求】
1.一種航空活塞發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪增壓器壓力控制系統(tǒng)，其特征在于:包含直接驅(qū)動(dòng)的位置伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，所述直接驅(qū)動(dòng)的位置伺服系統(tǒng)采用電機(jī)驅(qū)動(dòng)和減速齒輪配合實(shí)現(xiàn)；所述控制系統(tǒng)還包含大氣壓力傳感器、大氣溫度傳感器、增壓壓力傳感器、增壓器溫度傳感器、增壓器轉(zhuǎn)速傳感器、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器、節(jié)氣門位置傳感器以及廢氣門位置傳感器；所述控制系統(tǒng)還設(shè)有具備調(diào)節(jié)算法的微型計(jì)算機(jī)和接口電路組成的控制器。
2.如權(quán)利要求1所述的控制系統(tǒng)，其特征在于:所述控制系統(tǒng)設(shè)置為將所述控制器和所述直接驅(qū)動(dòng)的位置伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行集成，成為單獨(dú)的位置伺服控制系統(tǒng)。所述位置伺服控制系統(tǒng)通過(guò)通信接口和發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)相連，發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)根據(jù)傳感器信號(hào)和調(diào)節(jié)算法，發(fā)送位置伺服控制系統(tǒng)達(dá)到目標(biāo)位置的命令。位置伺服控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)廢氣門位置的內(nèi)部位置閉環(huán)控制，發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)增壓壓力的外部閉環(huán)控制。
3.如權(quán)利要求1所述的控制系統(tǒng)，其特征在于:所述控制系統(tǒng)由單一的控制器完成位置伺服和壓力閉環(huán)功能?？刂破鞲鶕?jù)傳感器信號(hào)和控制調(diào)節(jié)算法，直接輸出驅(qū)動(dòng)位置伺服控制系統(tǒng)的控制信號(hào)，在實(shí)現(xiàn)廢氣門位置閉環(huán)控制的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)增壓壓力的閉環(huán)控制。
4.基于權(quán)利要求1-3中任一項(xiàng)所述控制系統(tǒng)的調(diào)節(jié)方法，其特征在于: 包括以下步驟: 步驟1:控制系統(tǒng)采集傳感器信息； 控制系統(tǒng)按照一定的頻率采集大氣壓力、大氣溫度、增壓壓力、增壓溫度、增壓器轉(zhuǎn)速、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、節(jié)氣門位置以及廢氣門位置信息。 步驟2:控制系統(tǒng)查表計(jì)算初步目標(biāo)增壓值； 控制系統(tǒng)根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和節(jié)氣門位置信息，查表插值計(jì)算初步目標(biāo)增壓值。 步驟3:控制系統(tǒng)瞬態(tài)修正； 控制系統(tǒng)根據(jù)當(dāng)前采集的節(jié)氣門位置，與上次采集值進(jìn)行比較，計(jì)算得到節(jié)氣門位置變化率，與節(jié)氣門位置變化率瞬態(tài)修正門限值相除得到節(jié)氣門瞬態(tài)修正系數(shù)；控制系統(tǒng)根據(jù)當(dāng)前采集的大氣壓力值，換算成大氣高度值，與上次采集值比較，計(jì)算得到大氣高度變化率，與大氣高度變化率瞬態(tài)修正門限值相除得到大氣高度瞬態(tài)修正系數(shù)。 步驟4:控制系統(tǒng)計(jì)算最終目標(biāo)增壓值； 控制系統(tǒng)根據(jù)初步目標(biāo)增壓值、節(jié)氣門瞬態(tài)修正系數(shù)和大氣高度瞬態(tài)修正系數(shù)，三者相乘確定最終目標(biāo)增壓值。 步驟5:控制系統(tǒng)對(duì)廢氣門進(jìn)行控制； 若目標(biāo)增壓壓力值大于當(dāng)前增壓壓力值，廢氣門關(guān)閉，為了防止增壓器喘振和壓力波動(dòng)，關(guān)閉廢氣門使當(dāng)前增壓壓力值趨向目標(biāo)增壓壓力值，當(dāng)兩者趨近到一定范圍后，采用PID方法控制廢氣門的開(kāi)閉，使當(dāng)前增壓壓力值與目標(biāo)增壓壓力值一致。實(shí)際目標(biāo)增壓壓力值小于當(dāng)前增壓壓力值，廢氣門打開(kāi)，直接采用PID閉環(huán)控制算法。 步驟6:控制系統(tǒng)輸出驅(qū)動(dòng)脈沖，完成驅(qū)動(dòng)功能； 控制系統(tǒng)對(duì)位置伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中的電機(jī)輸出驅(qū)動(dòng)脈沖，實(shí)現(xiàn)廢氣門運(yùn)動(dòng)控制，達(dá)到增壓壓力穩(wěn)定控制要求。
【文檔編號(hào)】F02B37/12GK104234821SQ201410479862
【公開(kāi)日】2014年12月24日 申請(qǐng)日期:2014年9月18日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月18日
【發(fā)明者】張奇, 丁水汀, 杜發(fā)榮, 閔敏 申請(qǐng)人:北京航空航天大學(xué)