CN104407631A

CN104407631A - 地面模拟试验耗油流量大跨度量程控制装置及其方法

Info

Publication number: CN104407631A
Application number: CN201410707541.8A
Authority: CN
Inventors: 邓新华; 杨珺; 周兵; 王玮; 孙彬
Original assignee: Jiangxi Hongdu Aviation Industry Group Co Ltd
Current assignee: Jiangxi Hongdu Aviation Industry Group Co Ltd
Priority date: 2014-11-29
Filing date: 2014-11-29
Publication date: 2015-03-11

Abstract

地面模拟试验耗油流量大跨度量程控制装置，其中，小量程流量传感器、中量程流量传感器及大量程流量传感器串联在供油管路，且第一控制驱动器与小量程流量传感器并联，第二控制驱动器与中量程流量传感器并联，第三控制驱动器与大量程流量传感器并联，同时在供油管路上安装有回油电磁阀，而第一控制驱动器、第二控制驱动器、第三控制驱动器、小量程流量传感器、中量程流量传感器、大量程流量传感器及回油电磁阀分别与控制器连接。本发明中流量传感器串联在供油管路上，并与控制驱动器并联，通过控制器控制控制驱动器的阀芯开度，以实现大跨度范围的耗油流量控制，有效降低成本，且可精确控制耗油流量切换，有利于提高耗油流量的目标控制值精确度。

Description

地面模拟试验耗油流量大跨度量程控制装置及其方法

技术领域

本发明涉及航空模拟试验控制技术领域，尤其涉及一种地面模拟试验耗油流量大跨度量程控制装置及其方法。

背景技术

根据航空工业标准(HB7169-1995)的规定，飞机燃油系统在研制过程中，必须进行地面模拟试验，其中模拟发动机耗油流量是试验中必须考核的控制对象。对发动机耗油流量大小的控制，由计算机和安装于供油管路上的调节阀、涡轮流量计、电磁阀组成。因各机型在试验中试验任务不同，需要模拟发动机耗油流量的范围跨度很大，通常为200L/h～30000L/h，而目前市场上涡轮流量计的测量范围通常为1:10的量程比，因此，采用一条供油管路完成大跨度范围的耗油流量控制是无法实现的。

为克服涡轮流量计测量范围的限制，在一些飞机燃油系统地面模拟试验中运用并联多路调节供油管路的技术方法来实现，该技术方法能实现大跨度范围的耗油流量的控制，但存在两个缺陷，一是成本高，在每条供油管路上都必须安装电磁阀用于控制该供油管路的打开或关闭状态；二是增加了计算机控制功能软件的编写难度和调试工作的时间，因为在控制过程中需要合理控制耗油流量切换时两供油管路上调节阀、电磁阀相互间的工况状态，否则将导致耗油流量的目标控制值不精准。

发明内容

本发明所解决的技术问题在于提供一种地面模拟试验耗油流量大跨度量程控制装置及其方法，以解决上述背景技术中的缺点。

本发明所解决的技术问题采用以下技术方案来实现：

地面模拟试验耗油流量大跨度量程控制装置，包括第一控制驱动器、第二控制驱动器、第三控制驱动器、小量程流量传感器、中量程流量传感器、大量程流量传感器、回油电磁阀及控制器；其中，小量程流量传感器、中量程流量传感器及大量程流量传感器串联在供油管路，且第一控制驱动器与小量程流量传感器并联，第二控制驱动器与中量程流量传感器并联，第三控制驱动器与大量程流量传感器并联，同时在供油管路上安装有回油电磁阀，而第一控制驱动器、第二控制驱动器、第三控制驱动器、小量程流量传感器、中量程流量传感器、大量程流量传感器及回油电磁阀分别与控制器连接。

在本发明中，控制器上设置有显示屏，用于显示当前目标流量值。

在本发明中，第一控制驱动器、第二控制驱动器及第三控制驱动器与D/A板10连接，小量程流量传感器、中量程流量传感器及大量程流量传感器与A/D板连接，回油电磁阀经继电器输出板与I/O板板连接，而D/A板、A/D板及I/O板分别通过PCI总线与控制器连接。

地面模拟试验耗油流量大跨度量程控制方法，具体步骤如下：

1)初始状态，回油电磁阀与三个控制驱动器全部处于关闭状态；

2)当需要控制测量耗油流量时，首先打开回油电磁阀，控制器读取目标流量值；

3)当步骤2)中控制器读取的目标流量值在60L/h～600L/h时，由控制器经PID运算后，输出操作量控制第一控制驱动器的阀芯开度，同时使另外两个控制驱动器的驱动信号为零，此时这两个控制驱动器处于关闭状态，通过小量程流量传感器检测供油管路的耗油流量；当控制器读取的目标流量值在600L/h～6000L/h时，由控制器经PID运算后，输出操作量控制第二控制驱动器的阀芯开度，同时使另外两个控制驱动器的驱动信号为零，此时这两个控制驱动器处于关闭状态，通过中量程流量传感器检测供油管路的耗油流量；当控制器读取的目标流量值在4000L/h～40000L/h时，由控制器经PID运算后，输出操作量控制第三控制驱动器的阀芯开度，同时使另外两个控制驱动器的驱动信号为零，此时这两个控制驱动器处于关闭状态，通过大量程流量传感器检测供油管路的耗油流量；以此在一条供油管路完成大跨度范围的耗油流量控制；

4)待步骤3)检测完毕后，恢复初始状态，准备下一轮检测。

在本发明中，步骤3)中控制器对各控制驱动器的PID(比例-积分-微分)运算公式采用增量式PID控制算法，公式如下：

Δ u_{i} = u_{i} - u_{i - 1} = k_{p} [(e_{i} - e_{i - 1}) + \frac{T}{T_{i}} e_{i} + \frac{T_{D}}{T} (e_{i} - 2 e_{i - 1} + e_{i - 2}]) - - - (1 - 1)

u_i＝u_i-1+△u_i (1-2)

式(1-1)～(1-2)中，u_i为操作量；e_i为误差(目标值与反馈信号之差)；K_p为比例增益；T_I为积分常数；T_D为微分常数；T为采样周期；

算法中，首先利用式(1-1)求出操作量度的增量△u_i，再通过式(1-2)将现在时刻的操作量由前一时刻的值与前一时刻值的增量之和求出，而后控制器输出操作量控制三个控制驱动器的阀芯开度，最终实现控制供油流量。

有益效果：本发明由不同通径、测量不同流量范围的流量传感器串联在供油管路上，并与控制驱动器并联，通过控制器输出操作量控制控制驱动器的阀芯开度，以实现在一条供油管路完成大跨度范围的耗油流量控制，有效降低成本，且可精确控制耗油流量切换，有利于提高耗油流量的目标控制值精确度。

附图说明

图1为本发明的较佳实施例的结构示意图。

图2为本发明的PID控制算法的方框示意图。

图3为本发明的控制器流程框图。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。

参见图1的地面模拟试验耗油流量大跨度量程控制装置，其包括第一控制驱动器1、第二控制驱动器2、第三控制驱动器3、小量程流量传感器4、中量程流量传感器5、大量程流量传感器6、回油电磁阀7、控制器8、显示屏9、D/A板10、A/D板11、I/O板12、继电器输出板13、供油泵输出煤油A及油库B，小量程流量传感器4、中量程流量传感器5及大量程流量传感器6串联在供油管路(从供油泵输出煤油A到油库B)上，且第一控制驱动器1与小量程流量传感器4并联，第二控制驱动器2与中量程流量传感器5并联，第三控制驱动器3与大量程流量传感器6并联，同时回油电磁阀7安装在供油管路上，且第一控制驱动器1、第二控制驱动器2及第三控制驱动器3与D/A板10连接，小量程流量传感器4、中量程流量传感器5及大量程流量传感器6与A/D板11连接，回油电磁阀7经继电器输出板13与I/O板12板连接，D/A板10、A/D板11及I/O板12通过PCI总线与控制器8连接，控制器8上设置有显示屏9。

在本实施例中，初始状态时，回油电磁阀7与三个控制驱动器全部处于关闭状态，当需要控制测量耗油流量时，回油电磁阀7首先打开，控制器8读取目标流量值，当控制目标流量值在60L/h～600L/h时，由控制器8经PID运算后，输出操作量控制第一控制驱动器1的阀芯开度，同时使第二控制驱动器2、第三控制驱动器3的驱动信号为零，此时这两个控制驱动器处于关闭状态，通过小量程流量传感器4检测供油管路的耗油流量；当控制目标流量值在600L/h～6000L/h时，由控制器8经PID运算后，输出操作量控制第二控制驱动器2的阀芯开度，同时使另外两个控制驱动器的驱动信号为零，此时这两个控制驱动器处于关闭状态，通过中量程流量传感器5检测供油管路的耗油流量；当控制目标流量值在4000L/h～40000L/h时，由控制器8经PID运算后，输出操作量控制第三控制驱动器3的阀芯开度，同时使另外两个控制驱动器的驱动信号为零，此时这两个控制驱动器处于关闭状态，通过大量程流量传感器6检测供油管路的耗油流量；以此在一条供油管路完成大跨度范围的耗油流量控制。

在本实施例中，控制器8根据输入的目标值与三个流量集合(60，600)、(600，6000)、(4000，40000)的关系，由if-else结构选择相应的PID控制算法后输出操作量控制相关的控制驱动器，且处理流量切换，以完成目标值的控制。

控制器8对各控制驱动器的PID(比例-积分-微分)运算公式采用增量式PID控制算法，如图2所示，公式如下：

Δ u_{i} = u_{i} - u_{i - 1} = k_{p} [(e_{i} - e_{i - 1}) + \frac{T}{T_{i}} e_{i} + \frac{T_{D}}{T} (e_{i} - 2 e_{i - 1} + e_{i - 2})] - - - (1 - 1)

u_i＝u_i-1+△u_i (1-2)

算法中，首先利用式(1-1)求出操作量度的增量△u_i，再通过式(1-2)计算出经过积分运算后得到现在时刻的操作量，由控制器8输出操作量控制三个控制驱动器的阀芯开度，最终实现控制供油流量，如图3所示，具体流程如下：

1)控制器开始运行，设定目标值；

2)进入控制界面，控制器读取目标流量值是否大于n1，若是，比例积分微分参数选用大流量参数，若否，进入下一环节；

3)控制器读取目标流量值是否大于n2，若是，比例积分微分参数选用中流量参数，若否，进入下一环节；

4)比例积分微分参数选用小流量参数，一轮目标流量值读取结束；

5)控制器进入下一轮目标流量值读取，循环进行。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims

1.地面模拟试验耗油流量大跨度量程控制装置，包括第一控制驱动器、第二控制驱动器、第三控制驱动器、小量程流量传感器、中量程流量传感器、大量程流量传感器、回油电磁阀及控制器；其特征在于，小量程流量传感器、中量程流量传感器及大量程流量传感器串联在供油管路，且第一控制驱动器与小量程流量传感器并联，第二控制驱动器与中量程流量传感器并联，第三控制驱动器与大量程流量传感器并联，同时在供油管路上安装有回油电磁阀，而第一控制驱动器、第二控制驱动器、第三控制驱动器、小量程流量传感器、中量程流量传感器、大量程流量传感器及回油电磁阀分别与控制器连接。

2.根据权利要求1所述的地面模拟试验耗油流量大跨度量程控制装置，其特征在于，控制器上设置有显示屏。

3.根据权利要求1所述的地面模拟试验耗油流量大跨度量程控制装置，其特征在于，第一控制驱动器、第二控制驱动器及第三控制驱动器与D/A板10连接，小量程流量传感器、中量程流量传感器及大量程流量传感器与A/D板连接，回油电磁阀经继电器输出板与I/O板板连接，而D/A板、A/D板及I/O板分别通过PCI总线与控制器连接。

4.地面模拟试验耗油流量大跨度量程控制方法，其特征在于，具体步骤如下：

3)当步骤2)中控制器读取的目标流量值在60L/h～600L/h时，由控制器经PID运算后，输出操作量控制第一控制驱动器的阀芯开度，同时使另外两个控制驱动器的驱动信号为零，此时这两个控制驱动器处于关闭状态，通过小量程流量传感器检测供油管路的耗油流量；当控制器读取的目标流量值在600L/h～6000L/h时，由控制器经PID运算后，输出操作量控制第二控制驱动器的阀芯开度，同时使另外两个控制驱动器的驱动信号为零，此时这两个控制驱动器处于关闭状态，通过中量程流量传感器检测供油管路的耗油流量；当控制器读取的目标流量值在4000L/h～40000L/h时，由控制器经PID运算后，输出操作量控制第三控制驱动器的阀芯开度，同时使另外两个控制驱动器的驱动信号为零，此时这两个控制驱动器处于关闭状态，通过大量程流量传感器检测供油管路的耗油流量；

4)待步骤3)检测完毕后，恢复初始状态，准备下一轮检测。

5.根据权利要求4所述的地面模拟试验耗油流量大跨度量程控制方法，其特征在于，步骤3)中控制器对各控制驱动器的PID(比例-积分-微分)运算公式采用增量式PID控制算法，公式如下：

Δ u_{i} = u_{i} - u_{i - 1} = k_{p} [(e_{i} - e_{i - 1}) + \frac{T}{T_{i}} e_{i} + \frac{T_{D}}{T} (e_{i} - 2 e_{i - 1} + e_{i - 2})] - - - (1 - 1)

u_i＝u_i-1+△u_i (1-2)

算法中，首先利用式(1-1)求出操作量度的增量△u_i，再通过式(1-2)将现在时刻的操作量算出，而后控制器输出操作量控制三个控制驱动器的阀芯开度，最终实现控制供油流量。