CN102035405A

CN102035405A - 航空发动机地面智能调节起动电源

Info

Publication number: CN102035405A
Application number: CN2011100003167A
Authority: CN
Inventors: 李宝安; 宋满祥; 万科; 潘宁民; 蔡万华
Original assignee: Beihang University
Current assignee: Beihang University
Priority date: 2011-01-04
Filing date: 2011-01-04
Publication date: 2011-04-27

Abstract

本发明公开了一种航空发动机地面智能调节起动电源，包括电源控制器、AC-DC可调压电源、电流传感器及转速传感器；电源控制器采用ARM内核的片上系统即SOC作为核心控制单元；所述的电源控制器与可调压电源相连，可调压电源进一步通过接触器与起动电机相连；电流传感器及转速传感器分别与发动机和电源控制器相连；电源控制器接收起动控制信号，按照控制规律，输出DA模拟量送到可调压电源作为它的输入，可调压电源按照这个控制输入，输出可变的电压提供给起动电机，带动发动机起动；同时经过电流传感器和转速传感器，将发动机的转速和起动电流信号采集回来作为反馈，SOC将自动调节输出的电压。

Description

航空发动机地面智能调节起动电源

技术领域

本发明涉及一种航空发动机地面智能调节起动电源，实现了航空发动机地面起动电源的智能调节和起动的最优化，属于发动机控制技术领域。

背景技术

航空发动机转速由零增至慢车转速的过程称之为起动过程。发动机的起动工作十分曲折，需要各个组成部分（起动电源、点火、供油、起动电机等）需要相互配合才行。其中起动电源十分重要，它为起动电机提供电力，带动发动机由转速零逐步升速到慢车状态，它对整个起动过程的平稳、可靠性能都有重要的影响。

传统的起动电源构成如图2所示，它由AC-DC（交流-直流）开关电源（简称电源）和起动箱组成。起动箱内包含时序控制继电器、接触器K1和K2及限流电阻R。电源将交流电变频整流为直流28V提供给起动箱；起动箱跨接在电源和起动电机中间，它接收起动系统发出的起动信号后，时序控制继电器开始工作。首先它闭合K1接触器，将电阻R串接在电源和起动电机之间，其作用是限制电机的起动电流；几秒钟后接触器K2闭合，随后K1打开并将起动电阻R被切除。这时电源28V电压全部加在电机上，加快了起动过程。但此时因发动机转速不高，起动电机反电动势很小，起动电机电枢会出现很大的尖峰电流；大约十秒钟后，发动机供油、点火，燃气产生的能量与起动电机一起拖动发动机升速；几十秒钟后，当达到一定的转速后，时序继电器动作将K2打开，切断了电源与电机联系，只有燃气推动发动机继续加速，待转速达到慢车状态时起动过程结束。

上面的起动方式由于切除电阻R产生尖峰电流，会对发动机齿轮传动系统带来很大的冲击载荷；起动系统按照时序顺序控制，没有电流、转速反馈，属于开环控制，不能保障起动过程转速的平稳，起动容易失败。尤其当环境变化时，它不能调整升速曲线，使得起动特性变坏，不能实现最优化起动。

发明内容

本发明的目的在于提供一种航空发动机地面智能调节起动电源，本发明采用使用电源控制器控制的AC-DC连续调压电源作为起动电源，能消除原起动电源由于切除串联电阻R出现尖峰电流对发动机齿轮传动系统冲击的损害；另外引入转速和电流双闭环反馈机制，它能够有效地保证起动过程的平稳性；同时加入环境参数（温度、湿度、海拔高度等）对发动机起动的影响，自动计算并修正最佳升速曲线，使得起动过程可靠，提升发动机起动的成功率。

本发明的技术方案具体如下：一种航空发动机地面智能调节起动电源，由电源控制器、AC-DC可调压电源、电流传感器及转速传感器组成，其中电源控制器是本设备的核心，它完成起动电源的控制流程的实现。

电源控制器采用ARM内核的片上系统（SOC，System on Chip）作为核心控制单元。SOC上有丰富的接口，它的输入DI接收外部发出的起动控制信号和停车控制信号、输出DO控制继电器输出进而接通或切断起动电机的供电、模拟输入AD将反馈的电流和电压信号转换成数字信号供电源控制器判断和控制、模拟输出DA则是输出电压信号以控制可调电源输出可变化的电压、脉冲计数输入则接收转速的脉冲信号、串行通信接口COM则接收外部提供的温度、海拔高度和湿度信息，来调整起动过程。所述的电源控制器与可调压电源相连，可调压电源进一步通过接触器与起动电机相连；电流传感器及转速传感器分别与发动机和电源控制器相连；电源控制器接收起动控制信号，按照控制规律，输出DA模拟量送到可调压电源作为它的输入，可调压电源按照这个控制输入，输出可变的电压提供给起动电机，带动发动机起动；同时经过电流传感器和转速传感器，将发动机的转速和起动电流信号采集回来作为反馈，SOC将自动调节输出的电压；在起动过程中，引入电流反馈，起动电流将始终被限制在某个数值下，不会出现尖峰电流；转速反馈可以使起动的转速平稳上升，起动过程转速始终处在良好状态，有利于发动机的起动成功。电源控制器接收外部传感器给出的环境参数（温度、湿度和海拔高度）对起动过程有直接的影响，使用环境参数修正过的起动曲线，可实现最佳起动。电源控制器中的光电隔离电路起到阻隔电源控制器与外部起动停车控制、环境参数的输入信号和电流/电压输出信号的电气连接，增强抗干扰能力。信号调理电路将则将电流传感器反馈信号变换成SOC能够识别和采集的模拟量，同时信号调理电路将电压输出信号经过电路调理到0~10V范围，提供给可变电源作为控制输入。继电器则接受起动命令，当继电器闭合时，接触器线圈通电接触器闭合，起动开始；当继电器打开时，接触器线圈断电接触器打开，起动结束。

本发明的优点:

1、使用智能调节的起动电源，自动连续地调节输出电压，实现了发动机起动不存在尖峰电流，避免了对发动机传动系统的冲击，从而有效提高发动机安全性和可靠性。

2、采用转速、电流双闭环调速技术，保证了起动过程转速平稳，显著地提高了发动机起动的成功率。

3、综合考虑了环境因素对起动过程的影响，按照修正过的最佳升速曲线实现了航空发动机地面起动智能化和起动过程最优化。

4、新的起动电源采用AC-DC技术输出可调节电压，技术成熟可靠、功率因数高、体积小。

附图说明

图1所示为本发明航空发动机地面智能调节起动电源示意图。

图2所示为传统通用航空发动机地面电起动电源示意图。

图3所示为本发明航空发动地面机智能调节起动电源示意图。

图4所示为本发明航空发动机地面智能调节起动电源工作流程图。

图5所示为本发明的光电隔离电路的电路原理图之一。

图6所示为本发明的光电隔离电路的电路原理图之二。

图7所示为本发明的光电隔离电路的电路原理图之三。

图8所示为本发明的信号调理电路的电路原理图之一。

图9所示为本发明的信号调理电路的电路原理图之二。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的技术方案做进一步的说明。

本发明一种航空发动机地面智能调节起动电源，如图1、3所示，航空发动机智能调节起动电源由电源控制器、AC-DC可调压电源、电流传感器及转速传感器等组成。电源控制器接收发动机控制系统的起动信号、停车信号等，并获取环境温度、湿度和海拔高度变量。电源控制器内部使用ARM SOC(System On Chip, 片上系统）构成嵌入式信息处理和控制系统。其中电源控制器是本设备的核心，它完成起动电源的控制流程的实现。

电源控制器采用ARM内核的片上系统（SOC，System on Chip）作为核心控制单元。SOC上有丰富的接口，它的输入DI接收外部发出的起动控制信号和停车控制信号、输出DO控制继电器输出进而接通或切断起动电机的供电、模拟输入AD将反馈的电流和电压信号转换成数字信号供电源控制器判断和控制、模拟输出DA则是输出电压信号以控制可调电源输出可变化的电压、脉冲计数输入则接收转速的脉冲信号、串行通信接口COM则接收外部提供的温度、海拔高度和湿度信息，来调整起动过程。所述的电源控制器与可调压电源相连，可调压电源进一步通过接触器与起动电机相连；电流传感器及转速传感器分别与发动机和电源控制器相连；电源控制器接收起动控制信号，按照控制规律，输出DA模拟量送到可调压电源作为它的输入，可调压电源按照这个控制输入，输出可变的电压提供给起动电机，带动发动机起动；同时经过电流传感器和转速传感器，将发动机的转速和起动电流信号采集回来作为反馈，SOC将自动调节输出的电压；在起动过程中，引入电流反馈，起动电流将始终被限制在某个数值下，不会出现尖峰电流；转速反馈可以使起动的转速平稳上升，起动过程转速始终处在良好状态，有利于发动机的起动成功。电源控制器接收外部传感器给出的环境参数（温度、湿度和海拔高度）对起动过程有直接的影响，使用环境参数修正过的起动曲线，可实现最佳起动。电源控制器中的光电隔离电路（如图5、6、7所示）起到阻隔电源控制器与外部起动停车控制、环境参数的输入信号和电流/电压输出信号的电气连接，增强抗干扰能力。信号调理电路（如图8、9所示）将则将电流传感器反馈信号变换成SOC能够识别和采集的模拟量（0~3.3V范围），同时信号调理电路将电压输出信号（0~3.3V）经过电路调理到0~10V范围，提供给可变电源作为控制输入。继电器则接受起动命令，当继电器闭合时，接触器线圈通电接触器闭合，起动开始；当继电器打开时，接触器线圈断电接触器打开，起动结束。

如图4所示，电源控制器接收到起动信号后，电源控制器提供过继电器闭合接触器K，起动开始。电源控制器综合环境变量进行计算选择最佳的升速曲线，这个升速曲线保证发动机能够平稳可靠地起动发动机，并使得起动电流是没有尖峰。电源控制器按照最佳升速曲线的需求输出电压控制信号给可调压电源，可调压电源按照控制量输出连续可调电压，起动开始时电压由低向高逐渐上升平滑过渡，避免了原有控制切换电阻出现尖峰电流问题，消除了对发动机传动系统的冲击。当转速达到点火转速后，电源控制器输出起动状态信号给发动机起动系统，使得发动机供油、点火装置开始工作，发动机本身发出功率进一步带动发动机加快升速，待上升到某一个转速后，发动机已经能够自运转，电源控制器切断K可调压电源不再供电，将起动电机与发动机脱离。进一步加大供油量后，发动机转速提速到慢速状态，起动过程结束。在起动过程中，转速传感器和电流传感器始终采集转速和电流，并将采集的数据反馈到电源控制器里，电源控制器根据升速曲线的转速要求和转速反馈值比较，计算出控制量的大小输出给可调电源，从而始终保证起动转速平稳，按照最佳升速曲线起动，实现了起动的最优化。同时，电流反馈采集值与升速曲线要求的电流设定比较，进行电流调节，保障起动开始转速较低时，电流不会产生尖峰。转速不断上升时，电流基本保持较大值并且恒定，为发动机提供大的起动力矩，它有利于缩短起动时间。

此航空发动机地面起动电源采用可调压电源输出的电压由低到高平滑过渡，实现了发动机起动过程的无极调压起动过程，不存在尖峰电流，避免了对发动机传动系统的机械冲击，从而有效提高发动机安全性和可靠性；转速、电流反馈的引入保证起动过程转速按照最佳升速曲线平稳上升，显著地提高了地面起动的成功率；起动电源还考虑了环境（温度、湿度、海拔高度等）对起动的影响，起动电源自动择起动的最佳升速曲线，做到了智能化起动。

Claims

1.一种航空发动机地面智能调节起动电源，其特征在于：该起动电源包括电源控制器、AC-DC可调压电源、电流传感器及转速传感器；

电源控制器采用ARM内核的片上系统即SOC作为核心控制单元；所述的电源控制器与可调压电源相连，可调压电源进一步通过接触器与起动电机相连；电流传感器及转速传感器分别与发动机和电源控制器相连；电源控制器接收起动控制信号，按照控制规律，输出DA模拟量送到可调压电源作为它的输入，可调压电源按照这个控制输入，输出可变的电压提供给起动电机，带动发动机起动；同时经过电流传感器和转速传感器，将发动机的转速和起动电流信号采集回来作为反馈，SOC将自动调节输出的电压；

所述的SOC上有丰富的接口，它的输入DI接收外部发出的起动控制信号和停车控制信号、输出DO控制继电器输出进而接通或切断起动电机的供电、模拟输入AD将反馈的电流和电压信号转换成数字信号供电源控制器判断和控制、模拟输出DA则是输出电压信号以控制可调电源输出可变化的电压、脉冲计数输入则接收转速的脉冲信号、串行通信接口COM则接收外部提供的温度、海拔高度和湿度信息，来调整起动过程；SOC上的继电器接受起动命令，当继电器闭合时，接触器线圈通电接触器闭合，起动开始；当继电器打开时，接触器线圈断电接触器打开，起动结束。

2.根据权利要求1所述的一种航空发动机地面智能调节起动电源，其特征在于：该电源控制器进一步包括光电隔离电路、信号调理电路；光电隔离电路用于电源控制器与外部起动停车控制、环境参数的输入信号和电流/电压输出信号的电气连接，增强抗干扰能力；信号调理电路将则将电流传感器反馈信号变换成SOC能够识别和采集的模拟量，同时信号调理电路将电压输出信号经过电路调理到0~10V范围，提供给可变电源作为控制输入。