本發(fā)明專利技術(shù)提供一種輔助動力裝置起動加速燃油流量控制方法，可用于輔助動力裝置(APU)起動加速過程的燃油流量控制。本發(fā)明專利技術(shù)旨在解決現(xiàn)有控制方法難以協(xié)調(diào)起動的快速性和超溫保護(hù)之間的矛盾以及控制律參數(shù)多、環(huán)境適應(yīng)性差等問題。本發(fā)明專利技術(shù)的方法通過一種獨(dú)特的“步步為營”式的比例控制計算加速燃油流量期望值，同時設(shè)置兩條排氣溫度限制線。當(dāng)排氣溫度超過禁止線(紅線)時，將燃油流量強(qiáng)置為0，并觸發(fā)保護(hù)性停車；若只超過警戒線(黃線)，則根據(jù)超出幅度對由加速曲線計算出的燃油流量期望值進(jìn)行負(fù)向修正，以減小燃油流量(不必停車)。本發(fā)明專利技術(shù)的方法環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)，兼顧了起動的快速性和安全性，可顯著提高APU的可用性和派遣率。
【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)屬于航空動力控制領(lǐng)域，涉及一種輔助動力裝置(APU)控制方法，適用于APU起動階段從成功點(diǎn)著火開始到轉(zhuǎn)速達(dá)到起動-穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速切換點(diǎn)期間的燃油流量控制。
技術(shù)介紹
輔助動力裝置(APU)是一種小型的燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)，主要用于為飛機(jī)主發(fā)動機(jī)的起動及環(huán)控系統(tǒng)提供引氣，并可通過附件齒輪箱為飛機(jī)發(fā)電系統(tǒng)提供軸功率。當(dāng)飛機(jī)在地面時，APU可替代笨重的氣源車和電源車；在飛機(jī)起飛過程中，主發(fā)動機(jī)的功率可全部用于加速爬升，以改善飛機(jī)起飛性能；飛機(jī)著陸后，主發(fā)動機(jī)可及時關(guān)閉，以節(jié)省燃油和降低機(jī)場噪音。因此，現(xiàn)代大中型飛機(jī)全都配備有APU。APU控制中的一項重要功能是燃油流量控制；通過控制燃油流量，實(shí)現(xiàn)對APU轉(zhuǎn)速的控制。APU轉(zhuǎn)速控制可分為以下幾個階段：當(dāng)控制器接收到起動指令后，首先開啟起動機(jī)(如給起動電機(jī)加電)，由起動機(jī)帶轉(zhuǎn)APU；當(dāng)達(dá)到一定轉(zhuǎn)速時，開始供油點(diǎn)火；點(diǎn)火成功后，在起動機(jī)和油氣混合物燃燒所產(chǎn)生的高溫、高壓燃?xì)獾尿?qū)動下，APU進(jìn)一步加速；當(dāng)轉(zhuǎn)速達(dá)到一定門限時，關(guān)斷起動機(jī)、讓APU維持自立運(yùn)轉(zhuǎn)，并繼續(xù)將自己加速到起動-穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速切換點(diǎn)(如95％)；此后進(jìn)入穩(wěn)態(tài)控制階段，APU可向外提供引氣或軸功率。其中，進(jìn)入穩(wěn)態(tài)階段之前的起動加速燃油流量控制是APU燃油控制中的一個重要環(huán)節(jié)。作為一種過渡過程控制，起動加速控制既要保證在盡可能短的時間內(nèi)將APU加速到預(yù)定轉(zhuǎn)速，又要防止因排氣溫度過高而影響APU的使用壽命、甚至導(dǎo)致APU本體損壞。另外，APU起動既可能在地面，也可能在空中，使得系統(tǒng)工作環(huán)境復(fù)雜多變。因此，控制的技術(shù)難度非常大。本專利技術(shù)針對的是從點(diǎn)火成功后到APU進(jìn)入穩(wěn)態(tài)階段前的加速過程燃油控制。傳統(tǒng)的加速燃油控制方法可分為以下三種。一種是根據(jù)預(yù)定的加速計劃(即加速曲線)確定燃油流量期望值；為了防止APU超溫，又設(shè)置一條超溫保護(hù)線，當(dāng)排氣溫度超過該保護(hù)線時觸發(fā)停車。另一種方法是根據(jù)APU可承受的溫度應(yīng)力，確定一條“理想的”排氣溫度曲線，通過控制燃油流量，使得排氣溫度沿該曲線變化(也有超溫保護(hù))。這兩種方法分別側(cè)重“加速計劃”和“溫度限制”兩個目標(biāo)中的一個，前者是單純的轉(zhuǎn)速閉環(huán)，后者則是單純的溫度閉環(huán)。第三種方法是將二者結(jié)合，即分別根據(jù)加速曲線和溫度曲線計算兩個燃油流量期望值，再取其中的較小者。這些方法均難以既保證APU的安全性及使用壽命，又充分發(fā)揮APU的功能和性能。另外，傳統(tǒng)方法大都采用基于增益調(diào)度的比例-積分-微分(PID)或比例-積分(PI)控制算法，算法中需要整定的參數(shù)較多，當(dāng)參數(shù)整定不良時系統(tǒng)的控制品質(zhì)以及對環(huán)境的適應(yīng)性便難以保證。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
為克服傳統(tǒng)的APU起動加速燃油流量控制方法不能很好地兼顧“加速計劃”和“排氣溫度限制”兩種目標(biāo)以及控制律參數(shù)多、環(huán)境適應(yīng)性差的缺點(diǎn)，本專利技術(shù)提出一種新的APU起動加速燃油流量控制方法，以便在保證APU安全性和使用壽命的前提下，獲得最佳的起動加速性能，同時提高系統(tǒng)的環(huán)境適應(yīng)性。本專利技術(shù)的技術(shù)方案如下：一種輔助動力裝置起動加速燃油流量控制方法，包括如下處理步驟：1.1)根據(jù)預(yù)定的加速曲線，計算燃油流量的期望值；1.2)根據(jù)排氣溫度是否超過預(yù)定的警戒線以及超過的程度，計算對燃油流量期望值的修正值；1.3)根據(jù)燃油流量的期望值和修正值，計算燃油流量命令值；1.4)若排氣溫度未超過預(yù)定的禁止線，則采用計算出的燃油流量命令值，否則將燃油流量命令值強(qiáng)置為0并觸發(fā)保護(hù)性停車；所述警戒線和禁止線主要由被控對象的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及使用工況確定，其中禁止線高于警戒線。以上步驟1.1)在利用加速計劃計算燃油流量期望值時，采用一種“步步為營”式的比例控制，即燃油流量期望值等于一個基礎(chǔ)值與轉(zhuǎn)速偏差比例控制量之和。上述“步步為營”式的比例控制中，在APU剛點(diǎn)著火、或APU加速緩慢、或上一周期發(fā)生過因排氣溫度超警戒修正時，對所述基礎(chǔ)值進(jìn)行重置，否則保持原基礎(chǔ)值不變。上述基礎(chǔ)值進(jìn)行重置具體是令基礎(chǔ)值等于上一周期的未經(jīng)修正的燃油流量期望值。上述“步步為營”式的比例控制中，轉(zhuǎn)速偏差比例控制量的計算具體包括以下步驟：5.1)由當(dāng)前的APU轉(zhuǎn)速、進(jìn)口壓力以及預(yù)定的加速曲線，確定參考加速度，即期望的轉(zhuǎn)速增量；5.2)通過對參考加速度進(jìn)行有選擇地積分，計算參考轉(zhuǎn)速；5.3)根據(jù)參考轉(zhuǎn)速和APU實(shí)際轉(zhuǎn)速，計算轉(zhuǎn)速偏差；5.4)根據(jù)轉(zhuǎn)速偏差，計算比例控制量。以上步驟5.2)中計算參考轉(zhuǎn)速的具體邏輯是：當(dāng)APU剛點(diǎn)著火、或APU加速緩慢、或上一周期發(fā)生過因排氣溫度超警戒修正時，令參考轉(zhuǎn)速等于APU實(shí)際轉(zhuǎn)速；否則，當(dāng)上一周期計算出的燃油流量期望值不超過預(yù)定的最大加速燃油流量時，將參考加速度累加到上一周期的參考轉(zhuǎn)速上，得到本周期的參考轉(zhuǎn)速，否則保持上一周期的參考轉(zhuǎn)速。以上步驟1.1)在計算出燃油流量期望值之后，還要進(jìn)行限幅處理，使其處于最大加速燃油流量和最小加速燃油流量之間。以上步驟1.2)中，燃油流量修正值的計算步驟包括：8.1)根據(jù)預(yù)定的警戒線、當(dāng)前的APU轉(zhuǎn)速及環(huán)境條件，確定對應(yīng)的排氣溫度警戒值；8.2)計算實(shí)際排氣溫度與排氣溫度警戒值之差，得到排氣溫度超警戒的幅度；8.3)利用一個超前校正環(huán)節(jié)，對排氣溫度超警戒幅度進(jìn)行校正；8.4)對校正之后的排氣溫度超警戒的幅度進(jìn)行比例-積分運(yùn)算；8.5)對比例-積分運(yùn)算結(jié)果進(jìn)行下限幅，當(dāng)結(jié)果小于0時強(qiáng)置為0；所述步驟1.3)根據(jù)燃油流量的期望值及修正值計算燃油流量命令值的方法是，用燃油流量期望值減去修正值。以上步驟1.3)在計算出燃油流量命令值之后，還要再利用一個最小燃油流量對其進(jìn)行下限幅。本專利技術(shù)與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下技術(shù)效果：傳統(tǒng)的輔助動力裝置起動加速燃油流量控制方法，要么基于加速曲線，要么基于排氣溫度曲線，要么利用“取小邏輯”將二者簡單地結(jié)合，難以獲得理想的控制效果。另外，傳統(tǒng)方法一般采用常規(guī)PID或PI調(diào)節(jié)，增益參數(shù)本來就較多，而為了適應(yīng)轉(zhuǎn)速動態(tài)范圍寬以及能在各種環(huán)境條件下起動，通常還采用增益調(diào)度(即不同情況下用不同的增益參數(shù))，進(jìn)一步增加了控制律的復(fù)雜性和參數(shù)整定的難度，很容易因參數(shù)整定不良而導(dǎo)致系統(tǒng)的環(huán)境適應(yīng)性差。本專利技術(shù)通過將“加速計劃”和“排氣溫度限制”有機(jī)結(jié)合，以加速計劃為基本目標(biāo)，只要排氣溫度不超限，就嚴(yán)格跟蹤加速曲線。對于排氣溫度，設(shè)置兩條限制線，僅當(dāng)超過禁止線(紅線)時才觸發(fā)保護(hù)性停車，超越警戒線(黃線)時只通過負(fù)向修正減小燃油流量，而不必停車。其優(yōu)點(diǎn)是兼顧了起動的快速性本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
輔助動力裝置起動加速燃油流量控制方法，包括如下處理步驟：1.1)根據(jù)預(yù)定的加速曲線，計算燃油流量的期望值；1.2)根據(jù)排氣溫度是否超過預(yù)定的警戒線以及超過的程度，計算對燃油流量期望值的修正值；1.3)根據(jù)燃油流量的期望值和修正值，計算燃油流量命令值；1.4)若排氣溫度未超過預(yù)定的禁止線，則采用計算出的燃油流量命令值，否則將燃油流量命令值強(qiáng)置為0并觸發(fā)保護(hù)性停車；所述警戒線和禁止線主要由被控對象的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及使用工況確定，其中禁止線高于警戒線。
【技術(shù)特征摘要】
1.輔助動力裝置起動加速燃油流量控制方法，包括如下處理步驟：
1.1)根據(jù)預(yù)定的加速曲線，計算燃油流量的期望值；
1.2)根據(jù)排氣溫度是否超過預(yù)定的警戒線以及超過的程度，計算對燃油流量期望值的
修正值；
1.3)根據(jù)燃油流量的期望值和修正值，計算燃油流量命令值；
1.4)若排氣溫度未超過預(yù)定的禁止線，則采用計算出的燃油流量命令值，否則將燃油
流量命令值強(qiáng)置為0并觸發(fā)保護(hù)性停車；
所述警戒線和禁止線主要由被控對象的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及使用工況確定，其中禁止線高于警
戒線。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的輔助動力裝置起動加速燃油流量控制方法，其特征在于：所述
步驟1.1)在利用加速計劃計算燃油流量期望值時，采用一種“步步為營”式的比例控制，即
燃油流量期望值等于一個基礎(chǔ)值與轉(zhuǎn)速偏差比例控制量之和。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的輔助動力裝置起動加速燃油流量控制方法，其特征在于：所述
“步步為營”式的比例控制中，在APU剛點(diǎn)著火、或APU加速緩慢、或上一周期發(fā)生過因排氣溫
度超警戒修正時，對所述基礎(chǔ)值進(jìn)行重置，否則保持原基礎(chǔ)值不變。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的輔助動力裝置起動加速燃油流量控制方法，其特征在于：所述
基礎(chǔ)值進(jìn)行重置具體是令基礎(chǔ)值等于上一周期的未經(jīng)修正的燃油流量期望值。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的輔助動力裝置起動加速燃油流量控制方法，其特征在于：所述
“步步為營”式的比例控制中，轉(zhuǎn)速偏差比例控制量的計算包括以下步驟：
5.1)由當(dāng)前的APU轉(zhuǎn)速、進(jìn)口壓力以及預(yù)定的加速曲線，確定參考加速度，即期望的轉(zhuǎn)
速增量；
5.2)通過對參考加速度進(jìn)行有選擇地積分，計算參考轉(zhuǎn)速；
5.3)根據(jù)參考轉(zhuǎn)速和AP...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：劉曉，徐杰，楊恒輝，趙小勇，毛寧，楊帆，
申請(專利權(quán))人：中國航空工業(yè)集團(tuán)公司西安航空計算技術(shù)研究所，
類型：發(fā)明
國別省市：陜西;61
還沒有人留言評論。發(fā)表了對其他瀏覽者有用的留言會獲得科技券。