CN105673208A - 一种航天发动机燃油供应系统控制时序的数字化实现方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种航天发动机燃油供应系统控制时序的数字化实现方法，将发动机燃油供应系统工作过程所需的时序数字化，数字化的时序在发动机控制器中执行。控制时序的数字化有利于在较小的存储空间中存储复杂的控制过程和状态参数。同时，数字化的执行方式具有响应快、运算速度高等优势，提高了控制时序的时间响应精度，时间误差可控制在1ms范围内；通过数字化的时序控制方式，可以实现发动机燃油泵的转速/燃料流量动态调节、多路阀门的开关控制，实现燃料喷注分配控制，由此达到燃油供应量精确控制的目的。

Description

一种航天发动机燃油供应系统控制时序的数字化实现方法

技术领域

本发明涉及一种航天发动机燃油供应系统控制时序的数字化实现方法，针对航天发动机燃油供应系统，实现了一种将其控制时序数字化的方法。

背景技术

目前，以机械式程序配电器为核心的一套电路系统，凭借其允许通过的负载电流较大，工作可靠等优点在航天飞行器的控制系统的时序系统中得到了广泛应用。

随着航天技术的发展，飞行器的飞行时间越来越长，对飞行程序的时间精度要求越来越高，对仪器的质量、体积、功耗等也提出了更高的要求。为此，机械式程序配电器暴露出一些弱点，例如它的时间精度较低，一般只能达到50ms，飞行时间越长，要求机械式程序配电器的台数亦需增多，从而质量、体积等就相应增加。

此外，飞行器控制系统中的制导系统和测量系统都已经或正在向数字化方向发展。作为飞行器控制系统中的重要组成部分之一的时序系统也应朝着数字化方向发展。数字仪器将逐渐取代机械式程序配电器。随着计算机技术的不断提高，新型的数字化时序系统正在向着体积更小、重量更轻、时间精度更高的方向发展中。

传统航天飞行器的控制系统使用的时序系统以机械式程序配电器为核心，时间精度低、体积大、质量重已不能满足现代航天飞行器的发展需求。

发明内容

要解决的技术问题

为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种航天发动机燃油供应系统控制时序的数字化实现方法。

技术方案

一种航天发动机燃油供应系统控制时序的数字化实现方法，其特征在于步骤如下：

步骤1：DEEC将时序所属指令、时序的控制对象、执行条件转换为二进制数值代码，将时序信息的控制内容先按照当量比转换为整数，再转换为二进制代码，完成时序的数字化；

所述时序所属指令是指指令属于发动机哪一个工作阶段，发动机的工作阶段为：启动、点火、稳定状态和关机；

所述时序的控制对象为：转速、流量和阀门；

所述执行条件为：时刻和状态参数；所述状态参数为：压力和温度

所述时序信息的控制内容为：指令转速的流量大小，及阀门通道的开关状态；

步骤2：将转换后的二进制代码组合成时序信息包，重组后的时序信息格式如下：

所属指令

执行时刻

执行条件

被控对象

控制信息1

控制信息2

……

其中各字段含义为：

字段名称	长度	含义
			所属指令	2字节	该组时序对应的飞控指令编号
执行时间	4字节	该时序执行的时间，单位ms
			执行条件	4字节	描述当前时序执行条件为高度、压力、温度
被控对象	2字节	该时序的控制对象编号为转速/燃油流量、阀门等的编码代号
			控制信息	4字节	被控对象的动作指令为目标转速、流量大小、电磁阀的动作

步骤3：以时序信息包作为数据域data，在前端添加前驱指针prev，后端添加后驱指针next，构成一个双循环链表的结点；

将双循环链表的结点连接构成双循环链表，表前设有的区别不同时序组的Head；

步骤4：按照时序所属指令，将时序结点添加进对应指令的时序指令组中，在组内按照执行时间的先后顺序将时序结点添加进双循环链表中；

所述添加进双循环链表中的过程如下，如新加结点的执行时间介于“a_m”和“a_m+1”结点之间。未增加结点前，“a_m”的后驱指针指向“a_m+1”，“a_m+1”的前驱指针指向“a_m”。增加结点时，“a_m”的后驱指针改为指向当前新增节点“a_i”，“a_i”的前驱指针指向“a_m”，“a_m+1”的前驱指针改为指向“a_i”，“a_i”的后驱指针指向“a_m+1”，完成在双循环链表中结点的增加；

步骤5：当所有时序全部添加进对应的时序链表中后，时序的数字化过程完成。

有益效果

本发明提出的一种航天发动机燃油供应系统控制时序的数字化实现方法，将发动机燃油供应系统工作过程所需的时序数字化，数字化的时序在发动机控制器中执行。控制时序的数字化有利于在较小的存储空间中存储复杂的控制过程和状态参数。同时，数字化的执行方式具有响应快、运算速度高等优势，提高了控制时序的时间响应精度，时间误差可控制在1ms范围内；通过数字化的时序控制方式，可以实现发动机燃油泵的转速/燃料流量动态调节、多路阀门的开关控制，实现燃料喷注分配控制，由此达到燃油供应量精确控制的目的。

本时序的数字化处理方式可以用以多组时序的串行/并行操作处理，可根据实际需求，向发动机控制器的电子控制单元中添加新的工作时序组，从而为发动机控制器扩展出新的控制功能，增强发动机控制器的可扩展性。

本发明能够达到如下效果：

1、将复杂的控制过程数字化、逻辑化，简化了控制过程；

2、时序响应的时间误差控制在在1ms范围内，提高了时间响应精度；

3、具有多通道、多状态协同处理的能力；

4、能够实现控制指令的功能扩展，增强了控制器的可扩展性。

附图说明

图1：双循环链表的结点结构

图2：双循环链表

图3：双循环链表增加结点的示意图

图4：时序1的数字化结果

图5：时序2的数字化结果

图6：时序4的数字化结果

图7：时序5的数字化结果

图8：时序7的数字化结果

具体实施方式

现结合实施例、附图对本发明作进一步描述：

发动机燃油供应系统控制时序包含时序所属指令、时序信息、以及时序信息相互间的衔接关系。其中，时序信息包括了其执行条件(包含了时刻、状态参数条件)、时序的控制对象(如转速、流量、阀门等)、时序信息的控制内容(如指令转速/流量大小，阀门通道/开关状态等)。时序信息相互间的衔接关系用于标明其执行先后关系。

控制时序：时序所属指令、时序信息、时序信息相互间的衔接关系

时序信息：执行条件、时序的控制对象、时序信息的控制内容；

执行条件：时刻、状态参数、

状态参数：压力和温度

时序的控制对象：转速、流量、阀门

时序信息的控制内容：指令转速的流量大小，阀门通道的开关状态

时序所属指令：发动机的工作阶段：启动、点火、稳定状态、关机

发动机燃油供应控制系统的核心为数字电子控制器(DEEC)，DEEC首先将配置的时序数字化，然后将时序信息进行组包，按照时序所属指令，及执行时间的先后顺序将其添加进对应指令的时序指令组中，形成数字化的时序链表。具体操作流程如下：(1)DEEC将时序所属指令、时序的控制对象、执行条件转换为二进制数值代码，将时序信息的控制内容先按照当量比转换为整数，再转换为二进制代码，完成时序的数字化。

(2)对转换后的二进制代码按照一定的格式进行组合成时序信息包，重组后的时序信息格式如下所示。

所属指令

执行时刻

执行条件

被控对象

控制信息1

控制信息2

……

其中各字段含义如表1：

表1时序各字段含义

字段名称	长度	含义
			所属指令	2字节	该组时序对应的飞控指令编号
执行时间	4字节	该时序执行的时间(单位ms)
			执行条件	4字节	描述当前时序执行条件(高度、压力、温度等)
被控对象	2字节	该时序的控制对象编号(转速/燃油流量、阀门等的编码代号)
			控制信息	4字节	被控对象的动作指令(目标转速、流量大小、电磁阀的动作)

(3)对时序信息包添加前驱指针、后驱指针，时序信息包作为数据域，构成一个双循环链表的结点。双循环链表中的每个结点包含一个前驱指针、数据域，和一个后驱指针，双循环链结点的结构如图1所示。有时序结点构成的双循环链表如图2所示，其中“Head”用于区别不同时序组，表明其唯一性。

(4)按照时序所属指令，将时序结点添加进对应指令的时序指令组中，在组内按照执行时间的先后顺序将时序结点添加进双循环链表中；

所述添加进双循环链表中的过程如下，如新加结点的执行时间介于“a_m”和“a_m+1”结点之间。未增加结点前，“a_m”的后驱指针指向“a_m+1”，“a_m+1”的前驱指针指向“a_m”。增加结点时，“a_m”的后驱指针改为指向当前新增节点“a_i”，“a_i”的前驱指针指向“a_m”，“a_m+1”的前驱指针改为指向“a_i”，“a_i”的后驱指针指向“a_m+1”，这样就完成了在双循环链表中结点的增加。图3所示为双循环链表增加结点的示意图。

(5)当所有时序全部添加进对应的时序链表中后，时序的数字化过程完成。

本发明除了能够完成时序信息的数字化外，还必须保证数字化的时序能够执行完成。数字化时序的执行过程如下：

燃油供应控制系统的核心为数字电子控制器(DEEC)，DEEC具有一个“时序指针”，指向正在执行的控制时序结点。在系统未接收到“飞控指令”时，DEEC的时序指针处于休眠状态，不指向任何结点。当接收到“飞控指令”时，时序指针根据“飞控指令”指向其对应的时序头“head”。接下来时序指针将开始发生转移，指向“a₁”结点，开始解析“a₁”结点中所包含的时序信息，结点中包含的时序信息如图1所示。当到达“a₁”结点的时间时，开始判断是否满足执行条件，当判别条件满足时，对被控对象执行该时序节点中的控制信息。完成对“a₁”结点所含有的控制信息的执行后，系统的时序指针将发生转移，指向“a₂”结点。如果不满足“a₁”结点的判别条件，系统的时序指针则直接发生转移，指向“a₂”结点。此后，按照同样方法，完成对该时序组中所有时序结点所控制信息的执行。在执行完“a_n”结点的时序信息后，系统的时序指针继续发生转移，指向“head”结点。由于“head”结点为时序链表的头结点，时序指针会自动识别是否第一次指向该“head”结点，当第二次指向该节点时，说明该时序组指令已经执行完毕。时序指针跳出，恢复休眠状态，直到重新接收到新的飞控指令。

为验证本发明的内容，可通过如下实验步骤进行实验：

预设时序组为：

时序1：第500ms燃油泵给定转速2000rpm；

时序2：第1s打开电磁阀1；

时序3：第2.5s打开电池阀3；

时序4：第3s燃油泵转速开始增加，经过2s时间加速，燃油泵转速达到8000rpm；

时序5：第6s进行燃油流量调节，目标流量为0.8kg/s；

时序6：第7.5s开始，燃油泵转速开始下降，经过2s时间，燃油泵转速将为0；

时序7：第10s时，如果马赫小于3.5Ma，关闭电磁阀3；

时序8：第11s关闭电磁阀1。

由于所设置的时序对控制指令无要求，数字化处理方式采取串行操作处理DEEC对时序组进行数字化，具体流程如下：

(1)由于时序1未明确其所属指令，DEEC默认其所属指令为1，故所属指令2个字节内的值为：00000001；第500ms时执行该时序，故执行时刻4个字节内的值为：0000000111110100；无执行条件，执行条件4个字节内的值为全为0；时序1的控制对象为燃油泵转速(规定：16代表燃油泵转速，17代表电磁阀，15代表燃油流量)，00010000将被赋值给对应的两个字节中；当控制对象是燃油泵转速时，控制信息1为目标转速，时序1的目标转速为2000.rpm，时序1的控制信息1内的值为：0000011111010000；当控制对象是燃油泵转速时，控制信息2为实现目标转速的时间，时序2中目标转速为阶跃响应，故时序1的控制信息2内的值为：0。时序1数字化后的数据如图5所示。时序数字化后，将其添加进“head”为1的双循环时序链表中。时序链表中添加时序结点过程详见前文。

(2)时序2所属指令的值为：00000001；执行时刻的值为：0000001111101000，执行条件值为：0；时序2的控制对象为电磁阀，被控对象的值为：00010001；当控制对象是电磁阀时，控制信息1为电磁阀通道号，故时序1的控制信息1内的值为：0000000000000001；当控制对象是电磁阀时，控制信息2为阀门动作(1开0关)，故时序2的控制信息2内的值为：0000000000000001。时序2数字化后的数据如图6所示。时序2的执行时间叫时序1晚，将其添加在时序1的后面。

(3)时序3与时序2类似，此处不做数字化过程的详细说明。时序3数字化后，将其添加在时序2的后面

(4)时序4所属指令的值为：00000001；执行时刻的值为：0000100111000100；执行条件值为：0；时序4的控制对象为燃油泵转速，故被控对象的值为：00010000；控制信息1内的值为：0001111101000000；控制信息2内的值为：0000011111010000。时序4数字化后的数据如图7所示。数字化后，将其添加在时序3的后面。

(5)时序5所属指令的值为：00000001；执行时刻的值为：0001011101110000；执行条件值为：0；时序5的控制对象为燃油流量，被控对象的值为：00001111；当控制对象是燃油流量，控制信息1为目标流量，时序5的目标流量为0.8kg/s，按照0.00005kg/s的当量比将目标流量转换为整型数16000，时序5的控制信息1内的值为：0011111010000000；控制信息2内的值无意义，其值为不确定值，用**表示。时序5数字化后的数据如图8所示。数字化后，将其添加在时序4的后面。

(6)时序6与时序4类似。时序6数字化后，将其添加在时序5的后面。

(7)时序7所属指令的值为：00000001；执行时刻的值为：0010011100010000；执行条件共四个字节，第一个字节表示参数类型(1表示马赫、2表示压力)，第二个字节表示判别关系(1表示小于、2表示小于等于、4表示大于、8表示大于等于)，剩下两个字节表示参数的数字大小，时序7中设定的马赫数阈值为3.5Ma，将马赫按照0.01Ma的当量比转换为整型数350，故执行条件为：0001001001011110；时序8的控制对象为电磁阀，故被控对象的值为：00010001；控制信息1内的值为：0000000000000011；控制信息2内的值为：0。时序7数字化后的数据如图8所示。数字化后，将其添加在时序6的后面。

(8)时序8与时序2类似。时序8数字化后，将其添加在时序7的后面。

8条时序全部数字化后，组程成了时序组，时序组包含一个标识时序身份的时序头“head”，以及8个有效的时序结点。时序执行时，DEEC按照时间顺序依次8条时序。

Claims (1)

1.一种航天发动机燃油供应系统控制时序的数字化实现方法，其特征在于步骤如下：

步骤1：DEEC将时序所属指令、时序的控制对象、执行条件转换为二进制数值代码，将时序信息的控制内容先按照当量比转换为整数，再转换为二进制代码，完成时序的数字化；

所述时序所属指令是指指令属于发动机哪一个工作阶段，发动机的工作阶段为：启动、点火、稳定状态和关机；

所述时序的控制对象为：转速、流量和阀门；

所述执行条件为：时刻和状态参数；所述状态参数为：压力和温度

所述时序信息的控制内容为：指令转速的流量大小，及阀门通道的开关状态；

步骤2：将转换后的二进制代码组合成时序信息包，重组后的时序信息格式如下：

所属指令 执行时刻 执行条件 被控对象 控制信息1 控制信息2 ……

其中各字段含义为：

字段名称 长度 含义 所属指令 2字节 该组时序对应的飞控指令编号 执行时间 4字节 该时序执行的时间，单位ms 执行条件 4字节 描述当前时序执行条件为高度、压力、温度 被控对象 2字节 该时序的控制对象编号为转速/燃油流量、阀门等的编码代号 控制信息 4字节 被控对象的动作指令为目标转速、流量大小、电磁阀的动作

步骤3：以时序信息包作为数据域data，在前端添加前驱指针prev，后端添加后驱指针next，构成一个双循环链表的结点；

将双循环链表的结点连接构成双循环链表，表前设有的区别不同时序组的Head；

步骤4：按照时序所属指令，将时序结点添加进对应指令的时序指令组中，在组内按照执行时间的先后顺序将时序结点添加进双循环链表中；

所述添加进双循环链表中的过程如下，如新加结点的执行时间介于“a_m”和“a_m+1”结点之间。未增加结点前，“a_m”的后驱指针指向“a_m+1”，“a_m+1”的前驱指针指向“a_m”。增加结点时，“a_m”的后驱指针改为指向当前新增节点“a_i”，“a_i”的前驱指针指向“a_m”，“a_m+1”的前驱指针改为指向“a_i”，“a_i”的后驱指针指向“a_m+1”，完成在双循环链表中结点的增加；

步骤5：当所有时序全部添加进对应的时序链表中后，时序的数字化过程完成。