微型涡轮发动机控制系统仿真及台架试验_张天宏
航空小型动力装置试验台测试系统
航空小型动力装置试验台测试系统
张天宏;黄向华
【期刊名称】《航空动力学报》
【年(卷),期】2001(16)2
【摘要】针对航模、无人驾驶侦察机和靶机等飞行器经常采用带螺旋桨的活塞式
小型动力装置 ,本文设计了一种小型台架测试系统。
文章介绍了系统的组成、硬件设计、软件设计及系统的应用。
测试结果表明,该系统具有测试精度高、可靠性好、操作和维护方便等特点 ,可用于小型飞行器的生产、科研。
【总页数】4页(P189-192)
【关键词】动力装置;试验台;测试系统;航空;小型飞行器
【作者】张天宏;黄向华
【作者单位】南京航空航天大学动力工程系
【正文语种】中文
【中图分类】V228.4;TP274
【相关文献】
1.航空仪表系统测试设备的设计与小型化方法分析 [J], 吴克兵
2.MSG-3在小型航空器系统/动力装置维修要求制订中的应用 [J], 崔浩;王珍珍
3.经济实用的小型动力装置试验台测试系统 [J], 张天宏;黄向华
4.小型航空活塞发动机试验台数据采集系统设计 [J], 郑里鹫;田钧;杨林初
5.探讨航空仪表系统测试设备的设计与小型化方法 [J], 宁春玲
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航空发动机控制系统的实时仿真技术
航空发动机控制系统的实时仿真技术张天宏【期刊名称】《航空制造技术》【年(卷),期】2015(000)012【总页数】5页(P26-30)【作者】张天宏【作者单位】南京航空航天大学能源与动力学院【正文语种】中文随着航空发动机技术的发展，其对发动机控制系统的设计要求日益提高。
全权限数字电子控制（Full Authority Digital Electronic Control，FADEC）是现代航空发动机的重要特征之一。
FADEC系统是一种典型的复杂嵌入式控制系统，具有极高的可靠性要求。
航空发动机控制系统设计正面临着控制任务多、复杂度高、难度大且需求多样化的技术挑战，传统的量体裁衣和基于经验的设计流程已经不能适应现代航空发动机控制技术的发展需求，迫切需要采用先进的设计理念和高效的研发手段加以应对。
美国英国等技术先进国家在航空、汽车等复杂嵌入式控制系统研制领域已广泛采用基于模型的设计（Model Based Design, MBD）理念。
所谓MBD是指，在整个控制系统的开发过程中使用系统模型作为载体进行方案评估、验证和目标系统的发布，整个开发流程呈现一种从上至下的技术分解以及从下而上的系统综合过程，即所谓的“V”形体系结构。
与传统的基于经验的设计方法相比，基于模型的设计方法有助于更好地理解备选设计方案和权衡设计要素，从而能够对复杂系统进行高效的优化设计。
设计师采用图形化的工具快速构建各种系统模型，将现有的C代码与标准控制模块库整合，实现基于代码复用的自动代码生成，使嵌入式控制系统设计效率大幅度提高。
基于MBD理念开展复杂嵌入式控制系统研发的必要条件是拥有一种合适的实时仿真平台，这种仿真平台一方面能实时运行控制对象或控制器本身的模型；另一方面要具备与控制器实物或控制对象的信号接口能力。
基于这样的仿真平台可以构建控制器快速原型（RCP），或者开展控制器实物在回路仿真（HIL）[1-2]。
通过实时仿真，能够及时发现各种模型之间的差异，而不需要等到设计周期完成后才发现存在的问题。
基于Matlab的复杂控制系统软件开发
中图分类号： Ｐ１． Ｔ３１ １
基 于 Ｍ ａｌｂ的 复杂控 制 系统 软件 开发 ｔ ａ
王建锋 ，张天宏 ，黄 向华
（ 南京航空航天大学能源与动力学院 ，南京 ２ ０ １） １０ ６
摘
要 ：引入 Ｗｉ ｏ ｓ 时操作系统 ，提出一种基于 Ｍａ ａ ｎ ｗ 实 ｄ ｔ ｂ的复杂控制系统软件开发方法。研究 Ｍａ ａ／Ｔ 自动生成代码 到 目 ｌ ｔ ｂＲ Ｗ ｌ 标软件
ｒ ｓ ａ ｃ ｅ ａ ｉ ｅ ｅｏ ｍ ｅ ｔｏ ｏ ｔｏ ｏ ｔ ｒ ｅ ｆ ｒｔ ｒ ｔ ａｆ ｒ ， ｐｐ ｉ ａ ｉｎ ｏ ａ—ｉ ｅｃ ｄ ｅ ｅ ａ ｅ ｙ Ｍ ａ ｌ ｂ ＲＴ ｅ ｅ ｒ ｈ ｓ ｒ ｐ ｄ ｄ ｖ ｌｐ ｎ ｆｃ ｎ ｒ ｌ ｆｗａ ｏ ｇｅ ｔｏ ｍ ａ ｌ ｔ ｆ ｅ ｌｔ ｏ ｅ ｇ ｎ ｒ ｔ ｄ ｂ ｔ ／ ｓ ａ ｐｌ ｃ ｏ ｒ ｍ ａ ａ ｄ ｓ ｌ ｅ ｙ ｉｓ ｅ ｎ ｏ ｖ ｓｋｅ ｓ ｕ ｓ
１ 概 述
复杂控制系统的设计开发一般要经 历 ４个阶段 ：首先是 总体设计人员确定设计方案 ，完成 系统建模、控制算法设计
术问题的解决 方法 ，开展 电子控制器硬件在环仿真实验。
２ 实时操作系统
Ｗｉｄｗｓ作为 目前 Ｐ ｎｏ Ｃ机主流 的操作系统之一 ，越来越 多 地 应 用于 自动化 、航 空 、航 天 测 控等 领 域 。然 而 由于 Ｗｉｄ ｗ ｎ ｏ ｓ存在线程优先级太少、不确定 的线程调度机 制以及 中断处理 时优先级倒置等 问题 ，限制 了它在实 时控制与仿 Ｊ 真领域的应用。 Ｒ Ｘ是基于 Ｗｉｄ ｗｓ的硬实 时扩展环境。Ｒ Ｘ 实时子 Ｔ ｎｏ Ｔ 系统 Ｒ Ｓ （ ｅｌｉ ｂｓｓ ｍ） Ｔ ＳＲ ａ—ｍｅ ｕ —ｙｔ 任务优先于所有 Ｗｉｄ ｗ 任 ｔ ｓ ｅ ｎｏ ｓ
微型涡轮发动机控制系统仿真及台架试验_张天宏
2006年10月第27卷 第5期推 进 技 术J OURNAL OF PRO PUL SI ON TECHNOLOGYOct 2006V ol 27 No 5微型涡轮发动机控制系统仿真及台架试验*张天宏,黄向华,曹 谦(南京航空航天大学能源与动力学院,江苏南京210016)摘 要:在某微型涡轮发动机控制系统开发过程中,为研究该发动机控制规律,提出一种半物理仿真和台架试验结合的研究方法。
设计了包含电子控制器在回路的半物理仿真试验,通过分析原控制逻辑以及起动过程存在的问题,提出对起动控制规律的改进和优化,开展了基于原配电子控制单元和工控机的台架试验,验证了优化后的控制规律,并将其应用于控制器开发。
本文提出的方法可避免大量的实物台架试验,缩短控制器的研制周期。
关键词:微型涡轮发动机+;控制系统;半物理仿真;台架试验中图分类号:V 235 1 文献标识码:A 文章编号:1001-4055(2006)05-0445-05* 收稿日期:2005-10-15;修订日期:2005-12-29。
基金项目:国防科研基金(K1601060711)。
作者简介:张天宏(1968 ),男,副教授,博士,研究领域为航空发动机控制、建模与故障诊断。
Control syste m si m ulati on and bed test for m icro tur bi ne e ngi neZHANG T ian -hong ,HUANG X i a ng -hua ,CAO Q i a n(Coll of Energy and Pow er ,N an jing U niv of A e ronautics and A stronautics ,N an ji ng ,210016,Chi na)Abstrac t : A m ethod co m bini ng se m -i physical s i m u l a tion and bed test w as proposed for study i ng the contro l sche m e i n the deve lopment process o f the contro l syste m fo rM icro T urb i ne Eng ine(M TE).The exper i m ent p l a tfor m w as deve loped w it h E l ectronic Contro lU n it(EC U )i n l oop .A fter ana l y zi ng the o rig i nal contro l log ic and t he prob l em s encounte red i n the startup process ,t he i m provem ent and opti m i za ti on o f t he sta rt control schem e w ere proposed and ver ified by the bed testw it h the or i g-i nal EC U and an i ndustry co m puter i n l oop ,respecti ve l y.T he who l e control sche m e i m proved w as adopted by the ne w l y deve-l oped contro ll e r .The me t hod proposed has sho rt deve l op m ent per i od for the fact that a l o t of i gn iti on expe ri m ents are avo ided .K ey word s : M icro turb i ne eng i ne +;Contro l syste m;Se m -i phy si ca l si m u lati on ;B ed test1 引 言微型涡轮发动机(MTE )体积小、重量轻、结构紧凑,在高速微型无人驾驶飞机上具有重要的应用前景[1~4]。
实时操作系统在发动机数字电子控制器中的尝试
嵌入式操作系统种类很多。
本文采用 的 Ｓ ａ Ｔ Ｓ １ ｍ ｌＲ Ｏ ５ 实时操作系统是一 ｌ 种基于 ５ 核心单片机的多任务实 时操作系统。该 ｌ
系统为嵌入式系统设计 ， 可以固化到控制系统中， 源
以提供多任务 的调度、 时间管理、 任务问通信和同步
以及内存管理 （ Ｍ ） Ｍ Ｕ 等服务 ； 当使用可剥夺性的内 核时 ， 所有时间要求苛刻的事件都可得到快捷 、 可靠
维普资讯
２０ 年第 ３ ０６ ２卷第２ 期
航 空 发 动 机
５ ３
操 作 系统 在 发 动机 数 字 电子 控 制 器 中 的 尝 试
李秋华 张天宏 邓志伟 （． １南京航空航 天大学 ， 南京 ２ ０ １ ；． １０６２ 中国航空动力控制系统研究所 ， 无锡 ２４ ６ ） １０ ３
收稿 日期 ： ０ ５—０ ０ ２０ ４— ５
第一作者简 介： 李秋 华 （９２ ， １８一） 南京航 空航 天大 学在读顾 士
Ｌ ｉｈａ Ｚ ａｇ ｉｎｏｇ Ｄ ｎ ｈｗ ｉ ｉ ｕｕ ｈｎ ａｈｎ ｅｇＺ ｉｅ Ｑ Ｔ （． ａｊ ｇＵ ｉ ｒｉ ｆ ｅｏａｔ ｓ ｎ ｓｏａｔ ｓ Ｎ ｎｉｇ ０ ，Ｃ ｉａ １Ｎ ｎｉ ｎｖ ｓｙｏ Ａ ｒｎｕｉ ｄＡｔ ｎｕｉ ， ａｊ １ ｎ ｅ ｔ ｃａ ｒ ｃ ｎ ２ １ ０ ６ ｈｎ ） （．Ｃ ｉａＡ ｉｔｎＭｏ ｒ ｏｔｌ ｙｔ ｎｔｕｅ ２ ｈｎ ｖ ｉ ｔ ｎ ｏＳｓ ｍ Ｉｓｔｔ。Ｗｕｉ ０ ３ Ｃ ｉａ ａｏ ｏＣ ｒ ｅ ｉ ｘ ２４６ ，ｈｎ ） １
Ｋｅ ｒ ｓ ｅ ｏ ｎ ｉｅ；ｅｅ ｔ ｎ ｃ ｃ ｎ ｒｌ ｒ ｍｂ ｄ ｅ ｙ ｔｍ ；ｒ ａ ｉ ｐ ｒ ｔ ｇ ｓ ｓｅ ｙ ｗｏ ｄ ：ａ ｒ ｅ ｇｎ ｌｃｒ ｉ ｏ ｔ ｌ ；ｅ ｅ ｄ ｄ ｓ ｓ ｏ ｏｅ ｅ ｅ ｔ ｌ ｍｅ ｏ ｅ ａｉ ｙ ｔ ｍ ｎ
基于虚拟仿真的“微型燃气涡轮发动机试车”实践课程的构建
整机结构装配
发动机试车
综合能力训练
基本原理学习 总体结构认知
创新能力培养 发动机控制参数优化
图1 实验环节与学生的能力培养过程设计
83
工业和信息化教育
Industry and Information Technology Education
2021年6月刊
图2 微型涡喷认知学习
图4 微型涡喷发动机试车画面
试车环节、试车参数优化环节, 实验环节与学生的 能力培养过程设计如图1所示。
2.1 实验认知环节
该实验环节采取讲解演示和引导模式使学生 进行交互式操作，旨在帮助学生建立对其总体结构 的全面认知和理解，并为下一步进行整机装配实验 奠定基础。实验的主要内容包括结合发动机基本 原理了解发动机主要部件的功能、零件组成与工 作机制，以及分析涡喷发动机的转子支承方案、 静子承力系统及传力方案、推力分布特点等。实 验模块允许学生在虚拟实验场景中以爆炸展示图 的形式完成发动机的结构拆卸过程，并可从任意 角度和切面观察发动机内部结构特征，辅以相应 的知识点分析，可有效克服传统课堂教学重理论 讲授、轻实物分析的不足。微型涡喷认知学习如 图2所示，微型涡喷发动机推力分布如图3所示。
4 结语
图7 微型涡喷发动机试车破坏性结果画面
虚拟实验与实物系统有机融合，可形成完整 的飞行器动力工程实践及虚拟仿真教学平台，全 面拓展、提升航空发动机实物教学实验系统的功 能、效果和受益面。借助校园网和远程控制功能 选项，授课教师可以在现有的实验教学中心和传 统教学课堂上进入虚拟仿真教学实验系统，这使 虚拟教学不再局限于虚拟仿真实验室中，实验可 以与现有的现场教学、课堂教学和MOOC教学等 手段进行深度融合，大大提升教学灵活性。
该实验覆盖了“航空发动机控制原理”等 飞行器动力工程专业核心课程的基本知识点，包 括航空发动机起动过程及控制原理、航空发动机 运行过程特点、航空发动机试车台工作原理及组 成、航空发动机试车测试技术、航空发动机基本 控制目标及关键性能指标、航空发动机控制参数 的设计与优化方法等。
某小型涡轮喷气发动机改进设计
某小型涡轮喷气发动机改进设计
某小型涡轮喷气发动机改进设计
某型中程、中高空无人飞行器研制对动力装置提出了更高的性能要求.对某型涡轮喷气发动机进行了改进、改型设计.在结构和性能等方面采用了多项技术改进措施,提高了发动机的1次连续运行时间,延长了累计使用寿命,并使发动机的增压比、绝热效率和空气流量都得到了不同程度的.提高;对第1级压气机转子重新进行了全三维气动设计,改善了压气机部件性能,增大了发动机在最大转速下的推力,降低了发动机的单位耗油率.
作者：戴四敏于军孙杨 DAI Si-min YU Jun SUN Yang 作者单位：中国航天科工集团三院三十一所,北京,100074 刊名：航空发动机英文刊名： AEROENGINE 年，卷(期)： 2008 34(4) 分类号：V2 关键词：涡轮喷气发动机结构性能改进设计。
微型涡喷发动机起动控制系统设计
（ １ ． Ｔ ｅ ｓ ｔ Ｃ ｅ ｎ ｔ ｅ ｒ ｏ ｆ Ｏ ｒ ｄ ｎ ａ ｎ ｃ ｅ ， Ｂ ａ ｉ ｃ ｈ ｅ ｎ ｇ １ ３ ７ ０ ０ １ ， Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ；
２ ． Ｎ ａ ｎ ｊ ｉ ｎ ｇ Ｒ ｅ ｓ ｅ ａ ｒ ｃ ｈ Ｉ ｎ ｓ ｔ ｉ ｔ ｕ ｔ ｅ ｏ ｆ Ｓ ｉ ｍ ｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ Ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ ， Ｎ ａ ｎ ｊ ｉ ｎ ｇ ２ １ ０ ０ １ ６ ， Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ）
的起动控制 系统。通过采用基于多传感器 的 自适应控制方法 ， 减小发动机建模误差和外界干扰的影响 ， 以提高起动 过程中系统 的鲁棒性。试车实验结果表 明： 该方法使微型涡喷发动机在一定外界条件下快速 、 平稳地起动 ， 降低 了发 动机贫油 、 富油 和喘振的可能性 ， 保证 发动机可靠起动。 关键词 ： 微 型涡喷发动机 ， 自适应控制 ， Ｍ Ｒ Ａ Ｃ 中图分类号 ： Ｔ Ｐ ２ ７ ３ ． ２ 文献标识码 ： Ａ
Ｖ ０ １ ．３ ８． Ｎｏ ． ８
火 力 与 指 挥 控 制
Ｆ ｉ ｒ ｅ Ｃ ｏ ｎ ｔ ｒ ｏ ｌ ＆Ｃ ｏ ｍｍａ ｎ ｄ Ｃ ｏ ｎ ｔ ｏｌ ｒ
第３ ８ 卷
第８ 期
Ａ ｕ ｇ ， ２ ０ １ ３
２ ０ １ ３年 ８月
文章编号 ： １ ０ ０ ２ — ０ ６ ４ ０ （ ２ ０ １ ３ ） ０ ８ — ０ １ ４ ４ — ０ ４
Ｄｅ ｓ ｉ ｇ ｎ ｏ ｆ Ｓ ｔ ａ ｒ ｔ － ｕ ｐ Ｃｏ ｎ ｔ ｒ ｏ ｌ Ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ ｆ ｏ ｒ ａ Ｍｉ ｃ ｒ ｏ Ｔｕ ｒ ｂ ｉ ｎ ｅ Ｅｎ ｇ ｉ ｎ ｅ
ＭＡ Ｄｅ － ｙ ｏ ｕ ， Ｓ Ｕ Ｊ ｕ ｎ ， ＨＵＡＮＧ Ｊ ｉ ａ ｎ ， Ｗ ＡＮ Ｊ ｉ ａ － ｑ ｉ ｎ ｇ 。
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2006年10月第27卷 第5期推 进 技 术J OURNAL OF PRO PUL SI ON TECHNOLOGYOct 2006V ol 27 No 5微型涡轮发动机控制系统仿真及台架试验*张天宏,黄向华,曹 谦(南京航空航天大学能源与动力学院,江苏南京210016)摘 要:在某微型涡轮发动机控制系统开发过程中,为研究该发动机控制规律,提出一种半物理仿真和台架试验结合的研究方法。
设计了包含电子控制器在回路的半物理仿真试验,通过分析原控制逻辑以及起动过程存在的问题,提出对起动控制规律的改进和优化,开展了基于原配电子控制单元和工控机的台架试验,验证了优化后的控制规律,并将其应用于控制器开发。
本文提出的方法可避免大量的实物台架试验,缩短控制器的研制周期。
关键词:微型涡轮发动机+;控制系统;半物理仿真;台架试验中图分类号:V 235 1 文献标识码:A 文章编号:1001-4055(2006)05-0445-05* 收稿日期:2005-10-15;修订日期:2005-12-29。
基金项目:国防科研基金(K1601060711)。
作者简介:张天宏(1968 ),男,副教授,博士,研究领域为航空发动机控制、建模与故障诊断。
Control syste m si m ulati on and bed test for m icro tur bi ne e ngi neZHANG T ian -hong ,HUANG X i a ng -hua ,CAO Q i a n(Coll of Energy and Pow er ,N an jing U niv of A e ronautics and A stronautics ,N an ji ng ,210016,Chi na)Abstrac t : A m ethod co m bini ng se m -i physical s i m u l a tion and bed test w as proposed for study i ng the contro l sche m e i n the deve lopment process o f the contro l syste m fo rM icro T urb i ne Eng ine(M TE).The exper i m ent p l a tfor m w as deve loped w it h E l ectronic Contro lU n it(EC U )i n l oop .A fter ana l y zi ng the o rig i nal contro l log ic and t he prob l em s encounte red i n the startup process ,t he i m provem ent and opti m i za ti on o f t he sta rt control schem e w ere proposed and ver ified by the bed testw it h the or i g-i nal EC U and an i ndustry co m puter i n l oop ,respecti ve l y.T he who l e control sche m e i m proved w as adopted by the ne w l y deve-l oped contro ll e r .The me t hod proposed has sho rt deve l op m ent per i od for the fact that a l o t of i gn iti on expe ri m ents are avo ided .K ey word s : M icro turb i ne eng i ne +;Contro l syste m;Se m -i phy si ca l si m u lati on ;B ed test1 引 言微型涡轮发动机(MTE )体积小、重量轻、结构紧凑,在高速微型无人驾驶飞机上具有重要的应用前景[1~4]。
与常规发动机相比,微型涡轮发动机在供油方式和起动过程方面具有特殊性。
由于发动机尺寸小、转速范围宽、空气流量小、对燃油流量大小变化比较敏感,经常导致起动过程转速悬挂。
某厘米级6kg 推力的单转子微型涡轮发动机配备了控制器,但其功能有限,仅采用开环控制。
另外发动机转速控制不稳,因此需要开发一种新的低成本的全权限数字电子控制(FADEC)系统。
研制微型涡轮发动机控制系统首先需要解决起动控制规律的确定问题。
若利用实物试验来研究控制规律,风险大、成本高。
本文提出建立包含电子控制器等实物在回路的仿真试验系统,对控制规律进行改进和优化,然后通过台架试验验证。
2 微型涡轮发动机控制系统简介该微型涡轮发动机采用高速直流电机起动,带动离心式压气机转子,为起动气体丙烷提供合适的气流速度,丙烷燃烧气化燃油,气化的燃油在燃烧室燃烧推动涡轮工作[5,6]。
图1是该发动机控制系统连接示意图,电子控制器(EC U )采集转速n ,尾气温度T a 和油门杆指令信号P la ,发出控制指令控制启动电机、点火器、丙烷阀、燃油阀和燃油泵等执行机构动作,并推 进 技 术2006年指示发动机的当前状态。
起动控制规律是发动机控制规律研究的关键[7],该微型涡轮发动机起动控制规律大致可以分为三个阶段:第Ⅰ阶段为电机单独作功,带动转子;第二阶段依次打开点火开关、丙烷阀、油阀和油泵,这时电机、丙烷气和燃油共同作功;第三阶段为当点火成功且到达一定转速后,停电机,关丙烷阀,该阶段燃油作功,直到达到慢车状态。
Fig .1 Fra m ework of M TE con trol s ystem初步实验发现该微型涡轮发动机难以起动成功,这是由于:(1)微型涡轮发动机起动过程特性及起动供油规律与常规发动机不同,各执行机构的开启与关闭时机、丙烷气与燃油流量的控制精度对发动机起动性能影响很大;(2)燃油系统供油不稳,起动过程中由于富油而频繁出现热悬挂现象[7~9]。
3 基于工控机的半物理仿真试验3.1 试验原理本文采用辨识的方法研究原控制规律。
该发动机的全部控制规律包含在EC U 的控制程序中。
构建含控制系统实物在回路仿真试验环境,将EC U 作为 黑箱 对象,模拟 黑箱 的不同输入情况,通过分析输入输出信息对 黑箱 内部的逻辑进行辨识,即可获得该发动机在不同状态下的控制规律。
图2为基于工控机的半物理仿真试验原理框图。
采用工控机和1711,1780接口卡构建,并通过端子板与电子控制器进行信号连接。
该半物理仿真试验方案具有使用灵活方便、运行稳定、成本低等优点,能保证精度与实时性要求,并能应用于自主设计的控制器研制过程中的半物理仿真实验。
工控机内装有发动机模型,根据控制器产生的点火脉冲L r ,丙烷阀L p ,燃油阀L f 以及供油量W f 等信F ig .2 P rincip l e of sem -i physical si m ulation based oni ndu strial con trol co mpu ter号,模拟出发动机的状态,由接口卡输出转速信号(频率量)和尾气温度信号(模拟量)到控制器,控制器根据发动机状态以及油门杆信号给出控制指令。
其中L st ,L f ,L r 和L p 均为开关逻辑电平信号,W f 为2 93k H z 占空比在0~55%可调的P WM 信号,n 为0~3k H z 频率信号,P la 为50H z 的P WM 正脉冲宽度为0.7~2.3m s 信号,T a 为0~5V 模拟量。
单转子微型涡轮发动机模型可以由以下带纯时延的惯性环节近似表示G (s)= n(s) W f (s)=K (T s +1)e- s (1)Tab le 1 E ngi n e m ode l para m eters K,T ,versu s rotor s p eed nn /(k r/m i n)K /(r/m i n /%)T /s /s 5077630.640.345561260.630.406057670.540.396547520.470.277045530.390.148046480.320.229038710.280.1310034530.210.1310533620.200.16模型参数通过开环阶跃响应法测定,在发动机转速为50~105kr /m i n 的范围内选择9个稳态工作点,进行0.3%的燃油量阶跃扰动,采用拟合法求出各点模型参数K,T ,表1为各点的试验模型参数。
图3为转速在70kr/m i n 附近时,发动机实验结果与数学模型仿真曲线的阶跃响应对比情况,可以看到模型的动静态响应与真实发动机输出基本一致。
该模型可用于半物理仿真的初步实验中。
针对微型涡轮发动机FADEC 系统构成和工作过程,将控制规律分为启动控制、油泵和油阀指令、油门杆控制、超温保护、超温散热、超速保护等方面进行分446第27卷 第5期微型涡轮发动机控制系统仿真及台架试验Fig .3 Iden tificati on of MTE m odelusi ng step -response m ethod专题研究,综合这些实验结果,总结出整套控制规律。
3.2 实验结果分析半物理仿真的典型试验曲线如图4所示,通过分析试验曲线,可以得到微型涡轮发动机起动过程中各执行机构的调节规律:首先通过调节油门杆位置给出起动信号后,电机启动;在电机的带动下,转速达到3kr/m i n 时,开始点火,供丙烷气,电机在2 3s 后停止,延时4s 后再起动电机,这样可以避免转速过高而点火失败。
检查尾气温度,若大于150 C ,则认为点火成功,否则重复使电机停4s 开1s ,以保持合适的点火转速,直至点火成功;如果点火时间超过22s 后点火仍不成功,则起动失败,关电机。
点火成功后,关点火器和起动电机,打开燃油阀,油泵开始供油,根据泵的特性,首先发出供油尖脉冲(油泵P WM 信号占空比约14%;持续200m s)使燃油尽快到达发动机,然后燃油回到设定的起动供油量(7%~9%)。
此阶段电机、丙烷和燃油共同作功,使转速达到21kr /m in 时关电机,延时3s 后关丙烷阀。
油泵指令从起动供油量开始按照预定供油计划增加,直至转速达到52kr/m i n 。
此时认为进入慢车状态。
Fig .4 R esu lt of Se m -i physi cal si mu l at i onfor startup con trol ru l e研究超温保护规律的半物理仿真实验结果如图5所示。