CN1046989A - 使用离散(通-断)顺桨信号调节螺旋桨过速 - Google Patents

Abstract

本发明描述一种螺旋桨过速调节器逻辑及控制。所示的方法可以从离散螺距指令提供可变螺旋桨螺距变化率而改进调节动态特性。

Description

本发明涉及保证由螺旋桨驱动的飞机的安全所需要的副调节器。该副调节器当主螺旋桨速度调节器失效时可防止严重的过速现象。

在螺旋桨速度的副调节器或过速调节器的技术中，通过接通和断开现有的离散顺桨（feather）指令信号以控制螺旋桨螺距（pitch）来提供这类调节是众所周知的。此方法存在的问题是在螺旋桨调速中，通/断离散顺桨指令的控制特性会导致显著的振荡。在已有技术中，当螺旋桨的速度超过参考速度时则利用离散（通/断）信号的调节器将发出顺桨指令（通），当螺旋桨的速度低于参考速度时则去掉顺桨指令（断）。此种形式的副调节器需要进行动态补偿，此种补偿被包含在速度调节控制规则之中。此种类型的调节器如图1所示。在此种已有技术的控制中，顺桨指令信号是仅仅根据参考速度和测出的补偿后的螺旋桨速度确定的。

本发明的目的在于提供控制规则以便显著减小已有技术利用离散（通/断）控制的调节器中所固有的速度振荡。在已有技术中，大的速度振荡是与离散（通/断）控制的高螺距变化率（变距速率）所引起的。

本发明的又一目的是提供形成平均螺距增长率的控制逻辑。当想要减小速度振荡时用低的平均螺距增长率。在诸如严重过速之类的一些过渡情况中则用高的平均螺距增长率。

根据本发明有一种新的控制构思即使用逻辑来产生螺距增长率，此螺距增长率显著小于螺距执行机构的转换速度能力。实际上，当调节器指令螺距增大时，离散顺桨信号“通”和“断”以产生此较慢的平均螺距增长率。本发明提供控制逻辑以计算所要的平均螺距增长率。通过螺距位置传感器和控制规则计算实际平均螺距增长率。然后附加的控制逻辑改变离散顺桨指令信号的“通”和“断”，以便使实际平均螺距增长率（DXSL）等于所要的平均螺距增长率（DXSR）。

本发明的前面的目的和其他目的，特征和优点借助如附图所图示的其较佳实施例的说明将更为明显。

图1    表示用于已有技术中的利用离散输出指令的典型的调节器的方块图。

图2    表示根据本发明的调节器的方块图。

图3    表示在图2中所描述的控制逻辑的流程图。

图4    A和4    B表示离散顺桨信号是如何提供低螺距增长率或高螺距增长率的。

图1所示是已有技术中所使用的控制的方块图。螺旋桨速度NP在方块10中用传感器测出，并在方块11中进行动态补偿。动态补偿通常是超前补偿。从方块11输出的是补偿后的测出螺旋桨速度NPSENC12，并作为方块13控制逻辑的输入。在方块13中的控制逻辑将NPSENC和螺旋桨过速调节器参考值NPOSGR进行比较，每当NPSENC大于NPOSGR时，即设定离散信号FTH等于1。从逻辑13出来的输出是一离散信号FTH（14），每当FTH＝1时该信号发出顺桨指令。

本申请所用的术语表

XS    螺距执行机构位置

XSDOT    测出的螺距执行机构速率信号

DXSL    测出的执行机构螺距增长率;平均螺距增长率;

螺距执行机构平均螺距增长率，（图4A、4B的

虚线）

MODSEL    地面或飞行方式选择

FTHSW    离散信号指令螺旋桨螺距增大

NG    气体发生器的速度

NGSEN    测出的气体发生器速度

NP    螺旋桨速度

NPSENC    补偿后的测出螺旋桨速度

DNGR    气体发生器的测出速度的变化率;NGSEN的

导数

NPOSGR    螺旋桨过速调节器参考值′

FTH    离散信号-顺桨-指令顺桨

XSSEN    测出的执行机构位置信号

DXSMX    最大值DXSDOT

DXSMN    最小值DXSDOT

DXSR    执行机构所要的螺距增长率-所要的平均螺距增

长率

DNGRF    气体发生器速率参考值的导数

NGOSRF    气体发生器过速参考值

DXSRHI    执行机构所要的平均螺距增长率所设定的高固定

值

NPOSG1    严重过速参考值

DXSRL0    执行机构所要的平均螺距减小率所设定的低速率

固定值

现参见图2，其中表示的方块10'、11'及12'与图1所示的已有技术中的有关部分相同。同样地，螺旋桨速度NP，图2的方块22中的过速调节器参考速度（NPOSGR）及从方块22中输出的信号FTH都和图1中所示的相同。

螺距执行机构与每个螺旋桨叶相连以便使螺旋桨螺距是螺旋桨螺距执行机构位置XS的单值函数。故利用螺距执行机构位置与在图2的逻辑中使用螺旋桨螺距是等同的。在方块15中用传感器测出螺距执行机构位置，并产生测得的执行机构位置信号XSSEN。在方块16中，取测出的螺距执行机构位置XSSEN的时间导数以产生一测出的螺距执行机构速率信号XSDOT。在方块17中将XSDOT的大小限制在DXSMX的最大值和DXSMN的最小值。方块18包含时间常数为TAULP的一阶滞后电路，它用作低通滤波器以便从XSDOT中滤掉较高频率成分并产生一滤波后的测出的螺距变化率信号DXSL。方块15，16，17及18的组合提供螺距执行机构平均螺距增长率DXSL的测量。

在方块19中用传感器测出发动机气体发生器速度NG并产生测出的气体发生器（gas    generator）速度NGSEN。方块20提供NGSEN的导数，产生气体发生器测出速度的变化率DNGR。方块21和方块22的组合包含从前面所述的输入信号NPSENC，DXSL，NGSEN及DNGR计算离散顺桨指令信号FTH（14'）的逻辑。加到方块21的其他输入信号有指示飞行方式或地面方式的离散信号MODSEL和指令螺旋桨螺距增大到顺桨位置的离散信号FTHSW。在图3中对方块21和方块22中的逻辑有详细的描述。图2中的方块21包含形成执行机构所要的螺距增长率DXSR的控制逻辑部分。当要使速度振荡成为最小时DXSR的值为低速率值。而在某些过渡（暂态）情况下DXSR的值为高速率（接近转换速率）。上述过渡（暂态）情况包括严重的螺旋桨过速，发出顺桨指令或指令增大发动机功率。第一种这类情况是在补偿后的测出螺旋桨速度信号NPSENC指出已发生严重过速的时候。第二种情况中这类指令不受螺旋桨速度调节器制约而使螺旋桨螺距顺桨。第三种运行情况是当运行需要使发动机功率很快增加的时候。这一运行情况通常是在低高度、低飞行速度情况下发动机很快加速的时候。

方块21中的控制逻辑已计算出所要的平均螺距增长率DXSR。此处公开的是所要的平均增长率DXSR的计算方法。但任何其他可计算多值的所要的平均螺距增长率DXSR的控制规则和逻辑都可以使用。

方块21包含从NPSENC、DXSL和DXSR计算离散顺桨指令信号FTH14'的控制逻辑部分。方块22中的逻辑如在已有技术的图1方块13那样将NPSENC和NPOSGR进行比较，并还将DXSL和DXSR进行比较。每当经补偿后的测出速度NPSENC大于过速参考值NPOSGR且测出的执行机构平均螺距增长率DXSL也小于执行机构所要的螺距增长率时，则离散顺桨指令FTH指令顺桨。

图3中的详细的流程图是前面在图2方块21和方块22中已一般性地有所描述的逻辑。参见图3，离散顺桨指令信号FTH是从输入信号MODSEL，FTHSW，NPSENC，DXSL，NGSEN和DNGR中计算出来的。

在图3、方块23中，将经补偿后的测出螺旋桨速度（NPSENC）和过速调节器参考螺旋桨速度（NPOSGR）进行比较。当测出速度（NPSENC）未超过调节器参考速度（NPOSGR）时，在方块24中将顺桨信号FTH置于零。在方块25处将指示地面方式或飞行方式的方式选择（MODSEL）信号与0.5进行比较。当MODSEL为零时，飞机处于地面方式，并在方块24处将FTH置于零。相反地当MODSEL大于0.5，则可知道飞机处于飞行方式，并在方块26处将FTH置于1。在方块27中将气体发生器速度或气体发生器速率的导数（DNGR）与气体发生器速率参考值的导数DNGRF进行比较。在方块28中将气体发生器测出速度NGSEN与气体发生器速度参考值（NGOSRF）进行比较。气体发生器速度大于NGOSRF时将产生显著的发动机功率。如气体发生器测出速度NGSEN大于参考值NGOSRF，且DNGR大于DNGRF，则功率显著增大，在方块29中将DXSR设定为等于DXSRHI。这将指令所要的螺距增长率DXSR为高值。再回来参见方块27，当DNGR不大于DNGRF，或当方块28指出NGSEN不大于NGOSRF，则发动机功率没有显著增大，控制移到方块30。在方块30中将被补偿后的测出螺旋桨速度NPSENC与严重过速参考值NPOSG1进行比较。当NPSENC大于NPOSG1时，即有严重螺旋桨过速，在方块29中将所要的平均螺距增长率DXSR设定为和高速率DXSRHI相等。否则在方块31中将DXSR设定为与低速率DXSRLO相等。在方块32中，将在图2中的方块18的螺距执行机构的测出螺距增长率DXSL与以前在方块29和31中设定成高值或低值的所要的螺距增长率DXSR进行比较。当DXSL大于DXSR时，则平均螺距增长率太快，在方块33中将FTH设定为零，然后控制移到方块34。当在方块32中DXSL小于DXSR时，则平均螺距增长率太慢，控制移到方块34。在方块34中将离散顺桨指令FTHSW与0.5进行比较。FTHSW是由飞行员发出的离散信号指令，当要求螺距进行顺桨位置时具有1的值。当FTHSW大于0.5时，在方块35中将FTH设定为1。前面的叙述表明当不要求螺距增大时图3中的逻辑将离散顺桨指令信号FTH设定为零，而当要求螺距增大时则将FTH设定为1。

图4A和图4B用图来表示通/断离散顺桨信号FTH是怎样提供低平均螺距增长率DXSRLO或高平均螺距增长率DXSRHI的。图4A和4B中每个图都包含螺距执行机构位置XS和顺桨指令信号FTH对时间的曲线。在这些曲线中螺距执行机构位置线的斜率是执行机构位置对时间的变化率（即螺距执行机构速率）。螺距执行机构位置随时间的增大是螺距增长速率，在图4A和4B中具有正斜率。螺距执行机构位置随时间的减小是螺距减小速率，具有负斜率。顺桨指令信号FTH的曲线表示当FTH具有0或1的值时的时间间隔。这些图表示FTH＝1是指令螺距执行机构向顺桨位置增大并具有最大螺距增长率。当FTH＝0时的时间间隔去掉顺桨指令，于是执行机构螺距速率由主调速器的特性确定。这些图假设已失效的主调节器错误地指令螺距减小，由此产生的螺距减小率取决于主调节器失效特性。图中假设主调节器失效所产生的是恒定的螺距减小率，并在图4A和4B中以恒定的负斜率表示。FTH的0/1循环使螺距执行机构在增大螺距（正斜率）和减小螺距（负斜率）之间进行循环。螺距执行机构的平均位置由虚线表示，且此虚线的斜率即为平均螺距增长率DXSL。图4A表示平均螺距增长率比当FTH＝1时所发生的螺距增长率小得多;并代表具有DXSRLO的值的平均螺距增长率。图4B表示平均螺距增长率（DXSL）几乎和当FTH＝1时所发生的螺距增长率相同，并代表具有DXSRHI的值和螺距增长率。图4A和4B的比较表示平均螺距增长率（DXSL）与FTH＝1时的时间间隔的部分有关。FTH＝1的时间间隔部分的减小将导致平均螺距增长率较小。

虽然本发明是根据其最佳实施例进行图示和描述的，但本专业的普通技术人员应明白不离开本发明的精神和范围就能在形式上和其细节上作种种其他变化、省略和删除。

Claims (12)

1、一种调节飞机发动机和可变螺距螺旋桨推进系统的螺旋桨速度的装置，具有使螺旋桨叶片顺桨的顺桨控制螺线管，其特征包括：

检测上述螺旋桨的过速情况的检测装置；

上述调节螺旋桨速度的装置具有预定的平均螺距增长率(DXSR)；

测量上述螺旋桨叶片的螺距执行机构平均速度(DXSL)的测量装置；及

控制上述测出的螺距执行机构速率(DXSL)的控制装置，从而使上述测出的螺距执行机构平均速率等于上述预定的平均螺距增长率。

2、如权利要求1所述的装置，其特征在于上述预定的平均螺距增长率（DXSR）控制螺旋桨平均速度。

3、如权利要求1所述的装置，其特征在于上述调节装置是当主速度调节器失效时才使用的副速度调节器。

4、一种当主螺旋桨过速调节器失效时控制螺旋桨过速的方法，其特征包括下列步骤：

检测过速情况;

选择预定的平均螺距变化率（DXSR）;

测量现有平均螺距变化率（DXSL）;

使顺桨螺线管通电和断电以便使测出的平均现有螺距变化率等于上述预定的选出平均螺距变化率。

5、一种提供由螺旋桨驱动的飞机中的过速调节器的方法，其特征在于接通和断开顺桨指令以得到给定的平均螺距变化率。

6、如权利要求5所述的方法，其特征在于当螺旋桨速度超过螺旋桨过速参考值时使用上述顺桨指令以提供过速调节。

7、一种用在具有主调节器的由螺旋桨驱动的飞机上的副调节器，包含：

通过接通和断开上述顺桨控制而进行控制的顺桨控制;

产生用以由上述副调节器提供螺旋桨速度的过速调节的顺桨控制信号的装置。

8、如权利要求7所述的装置，其特征在于上述副调节器的参考速度高于主螺距调节器参考速度，及上述副调节器在主调节器失灵时防止过速。

9、如权利要求7所述的装置，其特征在于当速度调节器指令螺距增大时，使上述顺桨信号接通和断开以产生所要的平均螺距增长率。

10、如权利要求9所述的装置，其特征在于当补偿后的速度误差超过预定过速时去掉上述所要的平均螺距增长率。

11、如权利要求9所述的装置，其特征在于当运行情况要求迅速改变到超过一预定量的发动机功率时，去掉上述所要的平均螺距增长率。

12、如权利要求9所述的装置，其特征在于当有不受螺旋桨速度调节器制约而要求螺旋桨螺距顺桨的指令时去掉上述所要求的平均螺距增长率。

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