CN108223143B - 一种辅助动力系统电子控制器排气门组件控制方法 - Google Patents

一种辅助动力系统电子控制器排气门组件控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明是一种辅助动力电子控制器排气门组件控制方法，属于辅助动力控制领域。该方法是一种模块化的控制方法，可以针对不同控制工况执行不同的控制功能；依据输入参量对被控对象的控制策略进行调整，采用分段闭环控制策略、混合PI闭环控制策略和开环控制策略相结合的方式对输出脉宽进行控制，具备较高的控制精度和灵活性；该方法属于软件控制方法，无需更改硬件单元即可实现控制效果，因此无需额外的变更成本。本发明针对现有排气门控制方法进行了改进，有效地提高了排气门控制的灵活性和运算效率，并改善了开门时间，具有较强的实用价值。

Description

一种辅助动力系统电子控制器排气门组件控制方法
技术领域
本发明属于辅助动力系统电子控制器控制领域，以提高排气门开关门效率为目的，对输出脉宽进行控制。
背景技术
辅助动力系统是独立于发动机的动力系统，用于向飞机提供辅助或应急能源，同时提供引气功率、液压功率和电功率，是保障飞机安全飞行的关键系统。排气门组件作为其重要组成部件之一，主要用途是在系统运行期间为组合动力装置排放高温废气和废油，排气门作为飞机蒙皮的一部分，因此在飞行过程中易受到飞行姿态、速度、大气压力等环境因素的影响，受到的气动载荷更加复杂，传统的排气门控制方法或是通过输出固定脉宽、或是单一PI闭环控制输出可调脉宽的方法完成对排气门的输出控制，该方法参数单一、对工况变化敏感度不高。不利于排放燃烧室的废气废油，本发明对传统的排气门控制方法进行了改进，使其更具灵活性。
发明内容
本发明的目的为改进排气门控制方法，通过在不同工况下执行分段闭环控制方法、混合PI闭环控制方法和开环控制方法，提高排气门的控制精度、灵活性和运算效率，并改善了开门时间，具有很大的实用价值。
本发明的技术方案如图1所示。
首先根据轮载信号和进排气组件故障标志，决定排气门控制方法。当轮载信号指示飞机在地面且未发生排气门组件故障时，采用地面分段闭环控制方法，当轮载信号指示飞机在地面且发生排气门组件故障时，直接保护性停车，当轮载信号指示飞机在空中且未发生排气门组件故障时，执行空中混合PI闭环控制方法，当轮载信号指示飞机在空中且发生了排气门组件故障时，开门时执行开环控制方法，关门时直接保护性停车，最后，将最终得到的脉宽通过DA单元输出。
其具体设计流程如下：
(一)排气门开门控制方法：
当收到排气门开门命令后，按照如下方法进行控制：
(1)地面开门分段闭环控制方法：
当轮载信号指示飞机在地面且未发生排气门相关故障时，应按照如下控制方法，示意图见图2：
1.读取排气门当前角度；
2.若当前角度处于(关门目标角度,50°)区间内，将PWM值从50％线性增加至100％，最终维持最大转速开门；
3.若当前角度处于[50°，57°)区间内，由于距离关门目标角度开始接近，缓慢降低PWM，此时将PWM从100％线性减小至75％；
4.若当前角处于[57°，60°)区间内，此时即将接近关门目标角度，再次降低PWM准备停止进排气门，此时将PWM从75％线性减小至60％；
5.当前角度大于等于60°后，直接将PWM设置为50％，并设置排气门完全打开标志。
(2)地面故障时控制方法：
当轮载信号指示飞机在地面且发生排气门相关故障时，应立即将排气门输出脉宽设置为50％。
(3)空中开门混合PI闭环控制方法：
当轮载信号指示飞机在空中且未发生排气门相关故障时，应按照如下控制方法，示意图见图3：
1.读取排气门当前角度；
2.若当前角度处于(关门目标角度,50°)区间内，采用软起动计算输出脉宽A，脉宽变化率为0.5％/5ms，当排气门角度小于50°时，以输出脉宽A作为最终输出脉宽；
3.若当前角度处于[50°，60°)区间内，采用PI闭环控制方法(Kp＝2.8，Ki＝0.01)计算输出脉宽值B,其差分形式的PI公式见公式(1)(2)：
θe(n)＝θTarget(n)-θCurrent(n) (1)
Figure BDA0001180585490000031
其中，n为采样序号，θTarget(n)为期望角度，θCurrent(n)为实际角度，θe(n)为当前期望角度和实际角度的偏差，Kp为比例系数、Ki为积分增益系数，PWM(n)为当前周期的控制输出值
为了防止PI输出超出执行机构作用范围，对输出PWM(n)按照公式(3)进行幅值：
Figure BDA0001180585490000032
其中，PWMmin、PWMmax为PWM控制输出值的上下限。
为了避免PI控制输出频繁变化，应对θe(n)按照公式(4)进行死区限幅。
Figure BDA0001180585490000033
其中，θmax、θmin为设定的输入偏差死区上下限。
4.选择脉宽A和脉宽B的最小值作为最终输出脉宽(当前角度处于(50°，60°)区间内)；
5.当前角度大于等于60°后，直接将PWM设置为50％，并设置排气门完全打开标志。
(4)空中故障时开环控制方法：
当轮载信号指示飞机在空中且发生排气门相关故障时，应按照如下控制方法，示意图见图4：
1.若发生排气门电位计传感器故障，排气门PWM控制值应由50％开始、以0.5％的增量线性上升到最大值100％然后保持该值，总共4.5s后停止输出；
2.若发生排气门电机故障，应立即停止排气门动作。
(二)排气门关门控制方法：
当收到排气门关门命令后，按照如下方法进行控制：
(1)地面关门分段闭环控制方法：
当轮载信号指示飞机在地面且未发生排气门相关故障时，应按照如下控制方法：
1.读取排气门当前角度；
2.若当前角度处于(10°,60°)区间内，将PWM值从50％线性减小至0％，最终维持最大转速关门；
3.若当前角度处于[关门目标角度+3°,关门目标角度+10°]区间时，将PWM控制值由0％开始、以0.5％的增量线性增大到25％并保持之；
4.当排气门角度处于(关门目标角度,关门目标角度+3°)区间时，PWM控制值由25％开始、以0.5％的增量线性增大到N％并保持该值，N根据公式(5)计算而来。
Figure BDA0001180585490000041
其中，P28V为供电电压。
5.当前角度小于或等于关门目标角度后，直接将PWM设置为50％，并设置排气门完全关闭标志。
(5)空中关门混合PI闭环控制方法：
当轮载信号指示飞机在空中且未发现排气门相关故障时，应按照如下控制方法，示意图见图5：
1.读取排气门当前角度；
2.若当前角度处于(10°,60°)区间内，采用软起动计算输出脉宽A，脉宽变化率为-0.5％/5ms，当排气门角度大于10°时，以输出脉宽A作为最终输出脉宽；
3.若当前角度处于(关门目标角度,关门目标角度+10°]区间内，采用PI闭环控制方法(Kp＝2.8，Ki＝0.002)计算输出脉宽值B,其差分形式的PI公式见空中开门混合PI闭环控制方法公式(1)至公式(4)；
4.选择脉宽A和脉宽B的最大值作为最终输出脉宽(当前角度处于(关门目标角度,关门目标角度+10°]区间)；
5.当前角度小于或等于关门目标角度后，直接将PWM设置为50％，并设置排气门完全关闭标志。
(6)故障时控制方法：
当发生排气门相关故障时，应立即将排气门输出脉宽设置为50％。
附图说明
图1为排气门组件控制过程示意图；
图2为地面开门控制算法示意图；
图3为空中开门控制算法示意图；
图4为地面关门控制算法示意图；
图5为空中关门控制算法示意图；
图6为地面开关门仿真截图；
图7为空中开关门仿真截图。
具体实施方式
采用如下步骤完成整个控制流程。
针对某型辅助动力系统电子控制器，采用上述方法对排气门进行控制，分别在环境测试设备和半物理仿真实验台架上对该控制策略进行功能性能可靠性验证。
首先，设置控制周期为5ms，通过环境测试设备模拟轮载信号和排气门开关门命令；
其次，执行开关门操作，地面IEU开关门的数字仿真结果见图6，空中I EU开关门的数字仿真结果见图7。
最后在半物理仿真实验台架上通过增加砝码的方式来模拟负载，载荷大小对控制策略的影响半物理仿真实验结果见表1。
表1半物理仿真实验结果
空载 反向25公斤 反向50公斤 正向25公斤 正向50公斤
地面开门 4605ms 4680ms 5175ms 4575ms 4542ms
空中开门 2250ms 2480ms 2605ms 2221ms 2207ms

Claims (4)

1.一种辅助动力装置电子控制器排气门组件的控制方法，其特征在于：包括以下步骤；首先根据轮载信号和进排气组件故障标志，决定排气门控制方法，
1)当轮载信号指示飞机在地面且未发生排气门组件故障时，采用地面分段闭环控制方法，该方法根据排气门角度处于不同区间将排气门PWM输出不同的控制值，开门时直至所述角度大于等于60°时将排气门PWM输出为50％，关门时直至所述角度小于等于关门目标角度时将排气门PWM输出为50％；
2)当轮载信号指示飞机在地面且发生排气门相关故障时，应立即将排气门输出脉宽设置为50％；
3)当轮载信号指示飞机在空中且未发生排气门相关故障时，若收到开门命令，当所述角度小于50°时，采用软起动计算输出脉宽A，当所述角度处于50°到60°区间内，采用PI闭环控制方法计算输出脉宽值B并选择脉宽A和脉宽B的最小值作为最终输出脉宽，当所述角度大于等于60°后，直接将排气门PWM设置为50％；若收到关门命令，当所述角度大于等于关门目标角度加10°时，采用软起动计算输出脉宽A，当所述角度处于关门目标角度到关门目标角度+10°区间内，采用PI闭环控制方法计算输出脉宽值B并选择脉宽A和脉宽B的最大值作为最终输出脉宽；当所述角度小于或等于关门目标角度后，直接将排气门PWM设置为50％；
4)当轮载信号指示飞机在空中且发生排气门相关故障时，开门时根据故障标识决定将排气门PWM输出100％持续4.5s或是直接输出为50％，关门时直接将输出值设置为50％。
2.根据权利要求1所述的一种辅助动力装置电子控制器排气门组件的控制方法，其特征在于：步骤3)中所述的软起动计算方法为开门时按照0.5％/5ms脉宽变化率线性输出，关门时按照-0.5％/5ms脉宽变化率线性输出。
3.根据权利要求1所述的一种辅助动力装置电子控制器排气门组件的控制方法，其特征在于：所述PI闭环控制计算方法为θe(n)＝θTarget(n)-θCurrent(n)
Figure FDA0002279333360000021
其中，n为采样序号，θTarget(n)为期望角度，θCurrent(n)为实际角度，θe(n)为当前期望角度和实际角度的偏差，Kp为比例系数、Ki为积分增益系数，PWM(n)为当前周期的控制输出值。
4.根据权利要求3所述的一种辅助动力装置电子控制器排气门组件的控制方法，其特征在于：所述比例系数开门时Kp设置为2.8，所述积分增益系数Ki设置为0.01，关门时Kp设置为2.8，Ki设置为0.002。
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