CN103674552A

CN103674552A - 航空发动机试车台推力加载/校准系统及自动控制方法

Info

Publication number: CN103674552A
Application number: CN201310684715.9A
Authority: CN
Inventors: 尹骥; 赵涌; 郭强; 张有; 田金虎; 陈冕; 张志宏
Original assignee: China Gas Turbine Research Institute
Current assignee: China Gas Turbine Research Institute
Priority date: 2013-12-13
Filing date: 2013-12-13
Publication date: 2014-03-26

Abstract

本发明为航空发动机试车台推力加载/校准系统及自动控制方法，适用于航空发动机试车台的台架加载及校准技术，所述系统由上位机1，交换机2，伺服控制器3，比例压力溢流阀4，换向阀5，加载器6，力校准传感器7，力工作传感器8，动架9、液压站10组成；本发明可以达到设计要求，加载的稳定性、效率以及推力测量、校准的精度较以往均有较大的提升，并可推广应用于高空台推力加载、校准和测量中。

Description

航空发动机试车台推力加载/校准系统及自动控制方法

技术领域

本发明适用于航空发动机试车台的台架加载及校准技术，涉及到航空发动机试车台全自动推力加载及校准系统，并且能够自动确定校准方式，利用压力的和力的闭环反馈进行调整。

背景技术

申请专利前的原型结构：杠杆推力加载及校准系统主要提供一个标准力源对工作推力传感器进行静态校准，在试验过程中对推力测量台架施加一定的预载（要求加载在试验中稳定），满足负推力测量要求。该系统通过标准砝码进行加载，然后通过机械杠杆进行放大后作为加载的标准力值。砝码作为校准力，加在杠杆的一端，通过杠杆作用，传到杠杆另一端的力传到测力传感器。

同类产品现有技术产品的状态和它们的结构组成：杠杆式推力加载及校准式系统，加载力和校准力的比值（放大系数）由杠杆两端的力臂长度所决定，是一个常数，由于周围环境的限制，杠杆的力臂不可能很长，所以放大系数比较小，从而造成在校准过程中，1）需要搬运大量砝码，试验人员的劳动强度很大；2）由于机械杠杆的变形，加载力的方向和工作传感器不在一个中心线上，会出现一定的误差，直接影响发动机推力测量的准确性。而另外一种采取液压加载式的方法克服了杠杆法中杠杆机械变形带来的误差，提高了校准力的放大系数。采用这种方法的试车台在进行推力校准时，校准传感器安装在平行于发动机轴心的试车台动架的中心线上，加载器所加的力通过校准传感器和弹簧片经动架把力传到工作传感器。从校准传感器测得所加的标准推力。从工作传感器测得测量推力，这样重复加力，通过和校准力比较，拟合成校准曲线，并获得校准关系式。而这种校准方式由于使用的是活塞压力计，整个校准过程只能在固定的几个校准点上进行。该校准方法重复性较差，从而造成测量系统误差和随机误差增大。

发明内容

发明目的：为了解决现有推力加载及校准系统的一些问题，改变原有的杠杆砝码加载的高强度体力劳动，在降低劳动强度的同时，提高工作效率、加载稳定性及校准精度。

技术方案：1、航空发动机试车台推力加载/校准系统，所述系统由上位机1，交换机2，伺服控制器3，比例压力溢流阀4，换向阀5，加载器6，力校准传感器7，力工作传感器8，动架9、液压站10组成;其中：

1）上位机1，用于加载数据的输入，和力校准传感器7、力工作传感器8数据的自动录入，以及校准曲线的自动生成和存储；

2）交换机2，用于网络数据传输；

3）伺服控制器3，用于完成对液压站10、比例压力溢流阀4、换向阀5和加载器6的伺服控制；伺服控制器采用PID比例－积分－微分控制控制技术，通过积分控制可以消除系统的静差，通过微分控制可以改善系统的动态响应速度，比例、积分、微分三者有效地结合可以满足不同的控制要求；

4）比例压力溢流阀4，用于接收伺服控制器3的控制指令调节换向阀5进口压力；

5）换向阀5，用于接收伺服控制器3的控制指令，控制加载器6的前进/后退；

6）加载器6，用于将液压站10施加的压力转变为力，通过活塞杆11将力传递至校准传感器7、动架9、力工作传感器8上；

7）力校准传感器7，用于校准台架时，产生标准力值；

8）力工作传感器8，用于测量发动机推力的传感器，校准时产生被校准力值；

9）动架9，用于接受力校准传感器7的压力，并将其传递至力工作传感器8，同时用于安装发动机；

10）液压站10，用于给系统提供具有一定压力、一定流量的液体，是系统压力能的来源。

航空发动机试车台自动控制方法，具体实施方法如下：

步骤1：通过上位机1进行功加载/校准/卸载控制任务选择；

步骤2：在加载控制任务时，上位机1将命令发送给伺服控制器3，伺服控制器3以压力值进行开环控制；

步骤3：伺服控制器3，通过改变输出电流对比例压力溢流阀4进行调节；

步骤4：伺服控制器3发出指令使换向阀5关闭；

步骤5：比例压力溢流阀4反馈系统压力至伺服控制器3，在通过交换机2，发送至上位机1；同时力校准传感器7和力工作传感器8分别将校准力值和工作力值发送至上位机1，上位机1完成数据记录和传输工作，加载功能结束；

步骤6：在校准任务时，在上位机1上输入校准的量程，校准的点数，p系数，i系数，从而进行基于力值的闭环PID控制，上位机1将这些值发送到伺服控制器3上；

步骤7：伺服控制器3根据校准的总量程和校准点数计算出每个点需要给定的力值大小，然后进入第一个点的控制程序；

步骤8：伺服控制器3将计算出来的第1，2……n点的力值换算成压力值，然后将第1点的压力值换算成电流值，伺服控制器3控制比例压力溢流阀4做出相应调整，最终将结果体现在力校准传感器7上，力校准传感器7将得到的力值反馈给上位机1；

步骤9：上位机1通过网络的方式传递给伺服控制器3，伺服控制器3将计算出来的力值和反馈得到的力值相比较，然后通过输入的p系数，i系数，利用PID算法对输出给比例压力溢流阀4的电流值进行调节，最终保证力校准传感器得到的力值与计算出来的第1点的力值一致；

步骤10：伺服控制器3根据力校准传感器7和力工作传感器8的反馈力值，判断系统稳定后，上位机1进行稳态记录记录，即记录校准传感器7力值和工作传感器8力值；

步骤11：上位机1发送该点完成指令给伺服控制器3，重复步骤8～步骤10；

步骤12：在完成所有校准点的控制、记录任务后，结束校准任务；

步骤13：在卸载任务时，卸载指令通过上位机1发送给伺服控制器3；

步骤14：伺服控制器3将给定参数：力值、压力值、p系数，i系数数值置零；

步骤15：伺服控制器3给出开关量信号使继电器工作，接通换向阀5，从而执行换向操作，加载器6卸载，卸载任务结束。

测量传感器主要包括压力变送器，校准力传感器、工作传感器，它们完成液压系统中各参数和校准推力运行监控信号的采集，如：液压站供油压力、溢流阀后压力、液压站回油压力、校准力、工作力。

技术效果：总体技术指标：推力测量范围：0～200KN；推力测量精度：传感器+二次仪表0.05%F.S(传感器具有以太网输出功能)；液压加载压力：0～15MPa；液压加载器放大比:200；伺服控制系统控制精度:0.1%F.S。

本系统从解决航空发动机地面台试验推力加载与校准的实际需求出发，开展相关技术研究，突破液压伺服系统设计、液压加载器设计以及控制方法等方面的关键技术，采用先进的数字式双回路闭环控制技术，实现了自动加载装置的加载稳定、快速，校准过程的全自动、高效率以及推力校准和测量的高精度，并在某地面航空发动机试车台通过了试验核心机、中推核心机的试验验证，表明本发明完全达到设计要求，加载的稳定性、效率以及推力测量、校准的精度较以往均有较大的提升，并可推广应用于高空台推力加载、校准和测量中。

附图说明

图1为航空发动机试车台推力加载/校准系统连接示意图；

图2为航空发动机试车台推力加载/校准系统自动控制方法流程图；

图3为液压加载器与台架连接原理图。

具体实施方式

航空发动机试车台推力加载/校准系统实施方式

航空发动机试车台推力加载/校准系统具体实施方式如下：

1、航空发动机试车台推力加载/校准系统，所述系统由上位机1，交换机2，伺服控制器3，比例压力溢流阀4，换向阀5，加载器6，力校准传感器7，力工作传感器8，动架9、液压站10组成;其中：

1）上位机1，用于加载数据的输入，和力校准传感器7、力工作传感器8数据的自动录入，以及校准曲线的自动生成和存储。

2）交换机2，用于网络数据传输。

3）伺服控制器3，用于完成对液压站10、比例压力溢流阀4、换向阀5和加载器6的伺服控制。伺服控制器采用PID比例－积分－微分控制控制技术，通过积分控制可以消除系统的静差，通过微分控制可以改善系统的动态响应速度，比例、积分、微分三者有效地结合可以满足不同的控制要求。

4）比例压力溢流阀4，用于接收伺服控制器3的控制指令调节换向阀5进口压力。

5）换向阀5，用于接收伺服控制器3的控制指令，控制加载器6的前进/后退。

6）加载器6，用于将液压站10施加的压力转变为力，通过活塞杆11将力传递至校准传感器7、动架9、力工作传感器8上。

7）力校准传感器7，用于校准台架时，产生标准力值。

8）力工作传感器8，用于测量发动机推力的传感器，校准时产生被校准力值。

9）动架9，用于接受力校准传感器7的压力，并将其传递至力工作传感器8，同时用于安装发动机。

2、航空发动机试车台推力加载/校准系统自动控制方法

如图2所示，航空发动机试车台推力加载/校准系统自动控制方法实施方法如下：

步骤1：通过上位机1进行功加载/校准/卸载控制任务选择；

步骤4：伺服控制器3发出指令使换向阀5关不换向指令；

步骤5：比例压力溢流阀4反馈系统压力至伺服控制器3，在通过交换机2，发送至上位机1。同时力校准传感器7和力工作传感器8分别将校准力值和工作力值发送至上位机1，上位机1完成数据记录和传输工作，加载功能结束；

步骤10：伺服控制器3根据力校准传感器7和力工作传感器8的反馈力值，判断系统稳定后，上位机1进行稳态记录记录，即记录校准传感器7力值和工作传感器8力值。

Claims

1.航空发动机试车台推力加载/校准系统，其特征在于，所述系统由上位机（1），交换机（2），伺服控制器（3），比例压力溢流阀（4），换向阀（5），加载器（6），力校准传感器（7），力工作传感器（8），动架（9）、液压站（10）组成;其中：

1）上位机（1），用于加载数据的输入，和力校准传感器（7）、力工作传感器（8）数据的自动录入，以及校准曲线的自动生成和存储；

2）交换机（2），用于网络数据传输；

3）伺服控制器（3），用于完成对液压站（10）、比例压力溢流阀（4）、换向阀（5）和加载器（6）的伺服控制；伺服控制器采用PID（比例－积分－微分控制）控制技术，通过积分控制可以消除系统的静差，通过微分控制可以改善系统的动态响应速度，比例、积分、微分三者有效地结合可以满足不同的控制要求；

4）比例压力溢流阀（4），用于接收伺服控制器（3）的控制指令调节换向阀（5）进口压力；

5）换向阀（5），用于接收伺服控制器（3）的控制指令，控制加载器（6）的前进/后退；

6）加载器（6），用于将液压站（10）施加的压力转变为力，通过活塞杆（11）将力传递至校准传感器（7）、动架（9）、力工作传感器（8）上；

7）力校准传感器（7），用于校准台架时，产生标准力值；

8）力工作传感器（8），用于测量发动机推力的传感器，校准时产生被校准力值；

9）动架（9），用于接受力校准传感器（7）的压力，并将其传递至力工作传感器8，同时用于安装发动机；

10）液压站（10），用于给系统提供具有一定压力、一定流量的液体，是系统压力能的来源。

2.航空发动机试车台自动控制方法，其特征在于，具体实施方法如下：

步骤1：通过上位机（1）进行功加载/校准/卸载控制任务选择；

步骤2：在加载控制任务时，上位机（1）将命令发送给伺服控制器（3），伺服控制器（3）以压力值进行开环控制；

步骤3：伺服控制器（3），通过改变输出电流对比例压力溢流阀（4）进行调节；

步骤4：伺服控制器（3）发出指令使换向阀（5）关闭；

步骤5：比例压力溢流阀（4）反馈系统压力至伺服控制器（3），在通过交换机（2），发送至上位机（1）；同时力校准传感器（7）和力工作传感器（8）分别将校准力值和工作力值发送至上位机（1），上位机（1）完成数据记录和传输工作，加载功能结束；

步骤6：在校准任务时，在上位机（1）上输入校准的量程，校准的点数，p系数，i系数，从而进行基于力值的闭环PID控制，上位机（1）将这些值发送到伺服控制器（3）上；

步骤7：伺服控制器（3）根据校准的总量程和校准点数计算出每个点需要给定的力值大小，然后进入第一个点的控制程序；

步骤8：伺服控制器（3）将计算出来的第1，2……n点的力值换算成压力值，然后将第1点的压力值换算成电流值，伺服控制器（3）控制比例压力溢流阀（4）做出相应调整，最终将结果体现在力校准传感器（7）上，力校准传感器（7）将得到的力值反馈给上位机（1）；

步骤9：上位机（1）通过网络的方式传递给伺服控制器（3），伺服控制器（3）将计算出来的力值和反馈得到的力值相比较，然后通过输入的p系数，i系数，利用PID算法对输出给比例压力溢流阀（4）的电流值进行调节，最终保证力校准传感器得到的力值与计算出来的第1点的力值一致；

步骤10：伺服控制器（3）根据力校准传感器（7）和力工作传感器（8）的反馈力值，判断系统稳定后，上位机（1）进行稳态记录，即记录校准传感器（7）力值和工作传感器（8）力值；

步骤11：上位机（1）发送该点完成指令给伺服控制器（3），重复步骤8～步骤10；

步骤13：在卸载任务时，卸载指令通过上位机（1）发送给伺服控制器（3）；

步骤14：伺服控制器（3）将给定参数：力值、压力值、p系数，i系数数值置零；

步骤15：伺服控制器（3）给出开关量信号使继电器工作，接通换向阀（5），从而执行换向操作，加载器（6）卸载，卸载任务结束。