CN105059552B - 一种基于三轮高压除水系统的飞机座舱温度调节方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及飞机座舱温度控制技术，具体涉及一种基于三轮高压除水系统的飞机座舱温度调节方法。调节方法包括如下步骤：按照初始开度控制温度控制阀和冷风道调节阀开启；根据第一控制周期控制温度控制阀，再根据压气机出口目标温度值与实时采集的压气机出口实际温度值的差值调节冷风道调节阀的开度；根据第二控制周期控制冷风道调节阀，再根据座舱供气温度目标值与实时采集的座舱供气实测温度值的差值调节温度控制阀的开度。本发明的基于三轮高压除水系统的飞机座舱温度调节方法，在确保座舱供气不超温情况下，实现座舱温度快速制冷、加热，不但解决座舱温度控制系统启动时供气低温问题，同时提高系统运行过程中座舱温度的响应速度。

Description

一种基于三轮高压除水系统的飞机座舱温度调节方法

技术领域

本发明涉及飞机座舱温度控制技术，具体涉及一种基于三轮高压除水系统的飞机座舱温度调节方法。

背景技术

涡轮组件是飞机环境控制系统实现座舱温度控制的核心部件，随着近年来国内航空事业高速发展，涡轮组件效率越来越高，组件出口温度能达到-80℃甚至更低，由于涡轮启动时组件出口温度为瞬态变化，系统控制时会出现座舱供气温度短时间较低等问题，国内外解决此问题，大多采用增加再循环风扇抽气综合管路供气的方法。但使用再循环风扇会增加飞机能耗，重量，提高环境控制系统设计的复杂程度。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于三轮高压除水系统的飞机座舱温度调节方法，以解决由于涡轮启动时组件出口温度为瞬态变化，导致系统控制时出现座舱供气温度短时间较低的问题。

本发明的技术方案是：

一种基于三轮高压除水系统的飞机座舱温度调节方法，包括如下步骤：

步骤一、根据大气环境温度确定三轮高压除水系统启动时，温度控制阀以及冷风道调节阀的初始开度，并按照所述初始开度控制所述温度控制阀和所述冷风道调节阀开启；

步骤二、根据座舱供气温度控制误差确定所述温度控制阀的第一控制周期，并根据所述第一控制周期控制所述温度控制阀；

再根据压气机出口目标温度值与实时采集的压气机出口实际温度值的差值，按照PID算法调节所述冷风道调节阀的开度；

步骤三、根据所述大气环境温度确定所述冷风道调节阀的第二控制周期，并根据所述第二控制周期控制所述冷风道调节阀；

再根据座舱供气温度目标值与实时采集的座舱供气实测温度值的差值，按照PID算法调节所述温度控制阀的开度。

可选地，在所述步骤一中，所述温度控制阀和所述冷风道调节阀的初始开度与三轮高压除水系统的效率有关，具体开度值是根据实验得到。

可选地，在所述步骤二中，所述座舱供气温度控制误差越大，所述第一控制周期越短；反之，所述座舱供气温度控制误差越小，所述第一控制周期越长。

可选地，所述座舱供气温度控制误差与所述第一控制周期关系式为：

其中，T_TCV为所述温度控制阀的第一控制周期，|E|为所述座舱供气温度控制误差。

可选地，在所述步骤三中，所述大气环境温度越低，所述第二控制周期越长；反之，所述大气环境温度越高，所述第二控制周期越短。

可选地，所述大气环境温度与所述第二控制周期的关系式为：

其中，t_h为所述大气环境温度。

本发明的有益效果：

本发明的基于三轮高压除水系统的飞机座舱温度调节方法，通过控制执行部件初始状态、改变其控制周期，优化温度控制阀、冷风道调节阀控制算法，在确保座舱供气不超温情况下，实现座舱温度快速制冷、加热，不但解决座舱温度控制系统启动时供气低温问题，同时提高系统运行过程中座舱温度的响应速度。

附图说明

图1是本发明实施例的三轮高压除水系统的结构示意图。

具体实施方式

这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。

如图1所示，是本发明实施例的三轮高压除水系统的结构示意图，其中，T是涡轮，C是压气机，F是风扇，PHX是初级散热器，SHX次级散热器，RHX是回热器，CHX是冷凝器，WS是水分离器；本发明提供的一种基于三轮高压除水系统的飞机座舱温度调节方法，包括如下步骤：

步骤一、根据大气环境温度(静温)确定三轮高压除水系统启动时，温度控制阀1以及冷风道调节阀2的初始开度，并按照初始开度控制温度控制阀1和冷风道调节阀2开启。具体可以参照如下表1：

表1是执行机构初始开度；

静温	温度控制阀初始角度	冷风道调节阀初始角度
			25	0	90
20	0	70
			10	20	60
0	30	50
			-10	35	40
-25	40	30

根据表1获取温度控制阀1、冷风道调节阀2初始角度，表1的确定需根据三轮高压除水系统的效率确定，冷风道调节阀2初始角度选择需防止温度控制阀调节1过程中开度过大，造成涡轮入口压力过低。

步骤二、根据座舱供气温度控制误差确定温度控制阀1的第一控制周期，并根据第一控制周期控制温度控制阀1。再根据压气机出口目标温度值与实时采集的压气机出口实际温度值的差值，按照PID算法调节冷风道调节阀2的开度。其中，压气机出口目标温度值是初始设定的

步骤三、根据大气环境温度确定冷风道调节阀2的第二控制周期，并根据第二控制周期控制冷风道调节阀2。再根据座舱供气温度目标值与实时采集的座舱供气实测温度值的差值，按照PID算法调节温度控制阀1的开度。其中，座舱供气温度目标值是计算得到，后续将进一步详细介绍。

本发明的基于三轮高压除水系统的飞机座舱温度调节方法，通过控制温度控制阀1和冷风道调节阀2(执行部件)初始状态、改变其控制周期，优化温度控制阀1、冷风道调节阀2控制算法，在确保座舱供气不超温情况下，实现座舱温度快速制冷、加热，不但解决座舱温度控制系统启动时供气低温问题，同时提高系统运行过程中座舱温度的响应速度。

进一步，在上述步骤一中，温度控制阀1和冷风道调节阀2的初始开度与三轮高压除水系统的效率有关，具体开度值是根据实验得到。

另外，在上述步骤二中，座舱供气温度控制误差越大，第一控制周期越短；反之，座舱供气温度控制误差越小，第一控制周期越长。座舱供气温度控制误差与第一控制周期关系式为：

其中，T_TCV为温度控制阀1的第一控制周期，|E|为座舱供气温度控制误差。

在上述步骤三中，大气环境温度越低，第二控制周期越长；反之，大气环境温度越高，第二控制周期越短。大气环境温度与第二控制周期的关系式为：

其中，T_RAV为第二控制周期，t_h为所述大气环境温度。

座舱供气温度目标设计算步骤如下：

a)、采用式(1)计算座舱供气温度目标值：

式中，座舱供气目标温度，T_SET为座舱设定温度，ΔT＝T_SET-T_SJ，座舱温度控制误差。n为座舱允许最高供气温度，-m为座舱允许最低供气温度，μ为供气温度调整系数，根据飞机飞行过程中热载荷确定，经验值为1～3之间，正确确定供气温度调整系数能缩短温度控制的响应时间，提高温度控制稳定性。

式中为管路温度补偿项，补偿飞机飞行过程中舱内载荷变化、飞行状态变化等引起的舱温控制误差，计算过程中需确定积分上下限值。

为积分函数，需根据座舱温度惯性特点各自确定。

b)、压气机出口温度目标值：

压气机出口温度目标值为定值，此定值即确保系统安全，有保证系统制冷加热能力。

本发明中智能专家PID设计算法，e(k)，e(k-1)分别为系统在本时刻、一个采样时刻前，误差变化率Δe(k)＝e(k)-e(k-1)。

Kp，Ki，Kd为PID控制参数，四个控制执行部件冷风道调节活门、温度控制活门、驾驶舱配平活门、货舱配平活门根据控制精度、控制点系统特性选择以下专家规则。

专家规则：

a)、当|e(k)|＞M₁时，说明误差绝对值已经很大，则不论误差变化趋势如何，都应考虑控制器按最大控制量输出，以达到迅速调整误差，使误差绝对值以最大速度减小。即采用开环控制。

b)、当Δe(k)＜-η时，说明系统涡轮正在启动，为防止系统驾驶舱、货舱供气温度低温，则不论误差变化趋势如何，都应考虑控制器按最大控制量输出。

c)、当e(k)Δe(k)≥0时，说明误差在朝绝对值增大的方向变化，考虑由控制器实施较强的控制作用，以达到扭转误差绝对值朝减小的方向变化，并迅速减小误差绝对值，k₁为大于1的加权数，根据实际情况选取，其中

d)、当e(k)Δe(k)＜0，|e(k)|＜ξ时，说明误差的绝对值朝减小的方向变化，根据误差大小调整控制参数，保证控制稳定性同时减小控制超调，其中

式中，f(e(k))为e(k)的线性函数。

e)、当|e(k)|＜ε时，说明控制满足精度要求，保持活门不动。

f)、不满足a)、b)、c)、d)、e)规则，控制输出：

g)、若系统各控制点温度与系统超温温度之差小于设定阈值，且控制输出使得控制点温度继续升高，则u(k)＝0；

h)、若系统各控制点温度大于此控制点的超温温度，则控制器按最大控制量输出，防止超温。

i)、对控制输出控制量最大、最小值进行限制，防止系统震荡。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (6)

1.一种基于三轮高压除水系统的飞机座舱温度调节方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一、根据大气环境温度确定三轮高压除水系统启动时，温度控制阀(1)以及冷风道调节阀(2)的初始开度，并按照所述初始开度控制所述温度控制阀(1)和所述冷风道调节阀(2)开启；

步骤二、根据座舱供气温度控制误差确定所述温度控制阀(1)的第一控制周期，并根据所述第一控制周期控制所述温度控制阀(1)；

再根据压气机出口目标温度值与实时采集的压气机出口实际温度值的差值，按照PID算法调节所述冷风道调节阀(2)的开度；

步骤三、根据所述大气环境温度确定所述冷风道调节阀(2)的第二控制周期，并根据所述第二控制周期控制所述冷风道调节阀(2)；

再根据座舱供气温度目标值与实时采集的座舱供气实测温度值的差值，按照PID算法调节所述温度控制阀(1)的开度。

2.根据权利要求1所述的飞机座舱温度调节方法，其特征在于，在所述步骤一中，是根据所述三轮高压除水系统的效率得到所述温度控制阀(2)和所述冷风道调节阀(1)的初始开度。

3.根据权利要求1或2所述的飞机座舱温度调节方法，其特征在于，在所述步骤二中，所述座舱供气温度控制误差越大，所述第一控制周期越短；反之，所述座舱供气温度控制误差越小，所述第一控制周期越长。

4.根据权利要求3所述的飞机座舱温度调节方法，其特征在于，所述座舱供气温度控制误差与所述第一控制周期关系式为：

$T_{TCV}=\{\begin{array}{cc}4& \left|E\right|\&GreaterEqual;30\\ 23.2-0.64\left|E\right|& 5\&le;E<30\\ 20& \left|E\right|<5\end{array},$

其中，T_TCV为所述温度控制阀(2)的第一控制周期，|E|为所述座舱供气温度控制误差。

5.根据权利要求3所述的飞机座舱温度调节方法，其特征在于，在所述步骤三中，所述大气环境温度越低，所述第二控制周期越长；反之，所述大气环境温度越高，所述第二控制周期越短。

6.根据权利要求5所述的飞机座舱温度调节方法，其特征在于，所述大气环境温度与所述第二控制周期的关系式为：

$T_{RAV}=\left\{\begin{array}{cc}25& t_h\&GreaterEqual;25\\ 40& 10\&le;t_h<25\\ 60& 0\&le;t_h<10\\ 80& t_h<0\end{array}\right.,$

其中，t_h为所述大气环境温度。