CN106892121A - 一种飞机环控系统控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于飞机环控系统技术领域，涉及一种飞机环控系统控制方法。将飞机的飞行过程分为地面停机、地面滑行、起飞、爬升阶段，巡航阶段，下降、着陆阶段；在地面停机、地面滑行、起飞、爬升阶段环空系统按照飞机设定的供气流量进行供气；在巡航、下降、着陆阶段，动态控制飞机环控系统的供气流量。在保证系统正常工作情况下，通过判断飞机的飞行阶段和环控系统的状态，减小飞机飞行过程中环控系统的供气量。特别是减小飞机巡航阶段及下降阶段环控系统的供气量，从而大大降低环控系统从发动机引气量，达到优化环控系统能量消耗的效果。

Description

一种飞机环控系统控制方法
技术领域
本发明属于飞机环控系统技术领域，涉及一种飞机环控系统控制方法。
背景技术
随着现代飞机的发展，飞机能量管理越来为人们所关注，飞行过程中飞机环境控制系统消耗了很大一部分发动机引气，对发动机的推力产生极大的影响。特别是飞机巡航阶段环控系统能量消耗占所有机电系统能量消耗的80％。所以解决环境控制系统能量消耗成为近年来国内环控系统研究的又一新颖的方向。
发明内容
本发明解决的技术问题：提供一种能够降低飞机环控系统能量消耗的控制方法。
本发明的技术方案为：一种飞机环控系统控制方法，其特征在于所述的方法：将飞机的飞行过程分为地面停机、地面滑行、起飞、爬升阶段，巡航阶段，下降、着陆阶段；
在地面停机、地面滑行、起飞、爬升阶段环空系统按照飞机设定的供气流量进行供气；
在巡航、下降、着陆阶段，动态控制飞机环控系统的供气流量。
作为本技术方案的一种改进，在巡航阶段，若机舱温度与目标机舱温度之差在一定范围内持续一定时间T，同时机舱排气阀角度大于θ且持续一定时间T，则流量控制阀目标供气量通过以下公式确定：
其中，θ为系统允许的机舱排气阀角度最小开度，G(k)为当前时刻流量控制阀目标供气量，G(k-1)为一个控制周期前流量控制阀目标供气量，t为流量控制阀目标供气量计算周期，λ为稳态目标流量变化率，Pturbin_min为保证环控系统制冷包正常工作系统所允许的最小制冷包入口压力，Pturbin_stop为环控系统制冷包停止工作时的制冷包入口压力。
若“机舱温度与目标机舱温度之差在一定范围内持续一定时间T，同时机舱排气阀角度大于θ且持续一定时间T”的条件不满足，则巡航阶段使用飞机设定的供气流量进行供气。
作为本技术方案的一种改进，在下降、着陆阶段，根据以下公式确定目标供气量，
H其中为飞机飞行高度，Land_h为着陆机场高度，v为飞机垂直速度。G(k)为当前时刻流量控制阀目标供气量，G(k-1)为一个控制周期前流量控制阀目标供气量，Gset为飞机设定的供气流量。
作为本技术方案的一种改进，根据流量控制阀目标供气量与流量控制阀出口流量之差，通过PID算法调节流量控制阀开度，使得流量控制阀出口流量控制达到流量控制阀目标供气量，
当|e(k)|≤δ，u(k)＝0；
当输出结果为开活门时，若e(k)*Δe(k)＜0且0＜e(k)＜η则活门保持当前位置不动；
当输出结果为关活门时，若e(k)*Δe(k)＜0且-η＜e(k)＜0，则活门保持当前位置不动；
e(k)为当前系统供气流量控制误差，流量控制阀目标供气量与流量控制阀出口流量之差，e(k-1)为一个控制周期前系统供气流量控制误差，Δe(k)＝e(k)-e(k-1)为当前时刻的系统供气流量控制误差变化，η为系统供气流量控制误差设定阀值，KP为比例系数，KI为积分系数，KD为微分系数。
本发明的有益效果为：在保证系统正常工作情况下，通过判断飞机的飞行阶段和环控系统的状态，减小飞机飞行过程中环控系统的供气量。特别是减小飞机巡航阶段及下降阶段环控系统的供气量，从而大大降低环控系统从发动机引气量，达到优化环控系统能量消耗的效果。
具体实施方式
下面结合实施例对本技术方案作进一步详细说明。
步骤1：
通过压力传感器采集环控系统制冷包入口压力p；
通过流量传感器采集流量控制阀出口流量f；
步骤2：
流量控制阀目标供气量G计算，即系统单制冷包供气目标流量计算。
2.1当飞机飞行阶段处于地面停机、地面滑行、起飞、爬升阶段时，在此阶段由于飞机驾驶舱和货舱需要增压，且驾驶舱和货舱需要快速加热或者快速制冷，所以在此阶段流量控制阀目标供气量为飞机设定的供气流量Gset。
2.2在飞机进入巡航阶段，
(a)若驾驶舱/货舱温度与环控系统空调面板设定的驾驶舱/货舱温度之差在[-4,4]℃范围且持续时间10分钟以上，同时驾驶舱/货舱排气阀角度大于θ且持续时间10分钟以上，则流量控制阀目标供气量由以下公式计算：
其中，θ为系统允许的驾驶舱/货舱排气阀角度最小开度，只有驾驶舱/货舱排气阀角度大于θ，才能说明系统供气流量满足驾驶舱/货舱增压能力要求，才能保证驾驶舱/货舱空气流畅合理分布。G(k)为当前时刻流量控制阀目标供气量，G(k-1)为一个控制周期前流量控制阀目标供气量，流量控制阀目标供气量初始化为飞机设定的供气流量，即G(0)＝Gset，t为流量控制阀目标供气量计算周期。λ为稳态目标流量变化率，其定义一个计算周期内流量控制阀目标供气量的变化量，其大小与驾驶舱/货舱舱容惯性特性有关。驾驶舱/货舱舱容越大，λ越小，反之越大。Pturbin_min为保证环控制冷包正常工作系统所允许的最小制冷包入口压力。Pturbin_stop为环控制冷包停止工作时的制冷包入口压力。
(b)不满足条件(a)时，流量控制阀目标供气量为飞机设定的供气流量。
2.2在飞机进入下降、着陆阶段，流量控制阀目标供气量随飞机速度和飞机高度变化，飞机下降速度越快，则流量控制阀目标供气量增加越快，飞机飞行高度越低则流量控制阀目标供气量越大，在飞行高度下降道着陆机场高度上方500米时，流量控制阀目标供气量为飞机设定的供气流量，之后流量控制阀目标供气量为保持飞机设定的供气流量不变。
H其中为飞机飞行高度，Land_h为着陆机场高度，v为飞机垂直速度。
步骤3：
调节流量控制阀开度。根据流量控制阀目标供气量与流量控制阀出口流量之差，通过PID算法调节流量控制阀开度，使得流量控制阀出口流量控制达到流量控制阀目标供气量。
◆
●否则当|e(k)|≤δ，u(k)＝0。
●当输出结果为开活门时，若e(k)*Δe(k)＜0且0＜e(k)＜η则活门保持当前位置不动；
●当输出结果为关活门时，若e(k)*Δe(k)＜0且-η＜e(k)＜0，则活门保持当前位置不动；
e(k)为当前系统供气流量控制误差e(k)＝G(k)-f，e(k-1)为一个控制周期前系统供气流量控制误差，Δe(k)＝e(k)-e(k-1)为当前时刻的系统供气流量控制误差变化。KP为比例系数，KP大小决定系统控制是否稳定。KI为积分系数，用于消除控制静态误差，KD为微分系数，增强控制的稳定性，η为系统供气流量控制误差设定阀值。

Claims (4)

1.一种飞机环控系统控制方法，其特征在于所述的方法：将飞机的飞行过程分为地面停机、地面滑行、起飞、爬升阶段，巡航阶段，下降、着陆阶段；
在地面停机、地面滑行、起飞、爬升阶段环空系统按照飞机设定的供气流量进行供气；
在巡航、下降、着陆阶段，动态控制飞机环控系统的供气流量。
2.根据权利要求1所述的一种飞机环控系统控制方法，其特征为：在巡航阶段，若机舱温度与目标机舱温度之差在一定范围内持续一定时间T，同时机舱排气阀角度大于θ且持续一定时间T，则流量控制阀目标供气量通过以下公式确定：
G ( k ) = G ( k - 1 ) - &lambda; t p > P t u r b i n _ min G ( k - 1 ) P t u r b i n _ s t o p < p &le; P t u r b i n _ min G s e t P t u r b i n _ s t o p &le; p
其中，θ为系统允许的机舱排气阀角度最小开度，G(k)为当前时刻流量控制阀目标供气量，G(k-1)为一个控制周期前流量控制阀目标供气量，t为流量控制阀目标供气量计算周期，λ为稳态目标流量变化率，Pturbin_min为保证环控系统制冷包正常工作系统所允许的最小制冷包入口压力，Pturbin_stop为环控系统制冷包停止工作时的制冷包入口压力。
若“机舱温度与目标机舱温度之差在一定范围内持续一定时间T，同时机舱排气阀角度大于θ且持续一定时间T”的条件不满足，则巡航阶段使用飞机设定的供气流量进行供气。
3.根据权利要求1所述的一种飞机环控系统控制方法，其特征为：在下降、着陆阶段，根据以下公式确定目标供气量，
G ( k ) = G ( k - 1 ) + &lsqb; G ( k - 1 ) - G s e t &rsqb; &times; v H - L a n d _ h H > L a n d _ h + 500 G s e t H &le; L a n d _ h + 500
H其中为飞机飞行高度，Land_h为着陆机场高度，v为飞机垂直速度，G(k)为当前时刻流量控制阀目标供气量，G(k-1)为一个控制周期前流量控制阀目标供气量，Gset为飞机设定的供气流量。
4.根据权利要求3或4所述的一种飞机环控系统控制方法，其特征为：根据流量控制阀目标供气量与流量控制阀出口流量之差，通过PID算法调节流量控制阀开度，使得流量控制阀出口流量控制达到流量控制阀目标供气量，
u ( k ) = K P * e ( k ) + K I &Sigma; j = 0 k e ( j ) + K D * &lsqb; e ( k ) - e ( k - 1 ) &rsqb; }
当|e(k)|≤δ，u(k)＝0；
当输出结果为开活门时，若e(k)*Δe(k)＜0且0＜e(k)＜η则活门保持当前位置不动；
当输出结果为关活门时，若e(k)*Δe(k)＜0且-η＜e(k)＜0，则活门保持当前位置不动；
e(k)为当前系统供气流量控制误差，流量控制阀目标供气量与流量控制阀出口流量之差，e(k-1)为一个控制周期前系统供气流量控制误差，Δe(k)＝e(k)-e(k-1)为当前时刻的系统供气流量控制误差变化，η为系统供气流量控制误差设定阀值，KP为比例系数，KI为积分系数，KD为微分系数。
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