CN109238382B - 可调涡轮泵供油系统的燃油流量解算方法 - Google Patents

可调涡轮泵供油系统的燃油流量解算方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种可调涡轮泵供油系统的燃油流量解算方法，涉及冲压发动机控制技术领域。本发明引入排气阀转角信息抑制外界对流量计信号的干扰；采用涡轮泵流量调节系统的差分模型估计流量的增量，采用上一时刻流量估计值作为基值，两者相加作为模型流量估计值。本发明结合卡尔曼滤波方法，引入排气阀转角信息，利用涡轮泵流量调节系统的差分模型初步估计燃油流量增量，加上传感器测量信息估计实际燃油流量，可有效抑制低频段干扰信号。

Description

可调涡轮泵供油系统的燃油流量解算方法
技术领域
本发明涉及冲压发动机控制技术领域，具体涉及一种可调涡轮泵供油系统的燃油流量解算方法。
背景技术
液体冲压供油调节系统是发动机控制系统的重要组成部分，可以接收发动机控制器控制指令，实现供油调节系统的起动、供油、切环等功能。传统供油调节系统在应用于新一代大空域、超高速、大机动、长时间工作液体冲压发动机时，受到技术条件限制不能满足使用需求或需要更大体积重量或功率作为代价，因此需要进一步研究供油调节技术。
可调涡轮泵+流量测量装置供油调节是一种新型供油方案，主要部件包括：可调涡轮泵、流量测量装置、电磁阀、控制器、喷油环等，如图1所示。其中，可调涡轮泵是系统的能源和调节元件，能够输出流量可调节的高压燃油；流量测量装置是测量元件，可以高精度实时向控制器反馈供入喷油环的总燃油流量；喷油环由电磁阀控制开启或关闭；控制器用来监控系统工作状态，实现燃油调节规律。
可调涡轮泵如图2所示，由涡轮泵、排气调节装置、拖动电机组成。通过伺服电机调节排气调节装置的开度调节涡轮功，从而调节涡轮泵的输出燃油流量。
流量测量装置由差压式流量计、压差传感器(即差压传感器)、油温传感器组成。依据流量测量原理的不同，有多种类型流量计可以选择。应用于冲压发动机燃油流量控制系统，使用环境振动大，对流量计可靠性要求高；要求流量计对流量变化敏感，测量实时性要求高；体积重量不应过大，可适用小管径、大流量环境；流量计(含整流段)长度不宜过长。
压差传感器测量信号受干扰信号影响很大，特别是在5Hz以下的低频干扰与实际流量计的动态频段重叠，这导致滤波设计困难。原滤波器设计结构如图3所示。滤波设计仅根据原始信号作为信息，将高频信号过滤，但由于低频与实际流量动态频谱重叠，无法仅通过测量值分辨出真实与干扰信号并过滤。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本发明要解决的技术问题是：如何在可调涡轮泵+流量测量装置供油调节方案中有效抑制低频段干扰信号。
(二)技术方案
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种可调涡轮泵供油系统的燃油流量解算方法，包括以下步骤：
步骤1、基于压差传感器的流量解算模块1根据压差传感器4的ΔP信号解算测量流量qmfm：
Figure BDA0001843149380000021
其中a、b、c通过流量计标定试验数据拟合获得，ρ为被测量的燃油密度，ΔP为压差传感器4测量的压差信号；
步骤2、基于模型的燃油流量值估计模块2根据排气阀转角传感器5的信号α估算燃油流量增量Δqmfj，结合前一时刻燃油流量综合解算值qmf解算当前时刻的燃油流量估计值qmfj：
Δqmfj(k)＝(1-5Ts)Δqmfj(k-1)+0.25Ts(α(k)-α(k-1))
qmfj(k)＝qmf(k-1)+Δqmfj(k)
其中，(k)表示当前时刻值，(k-1)表示前一周期值，α(k)为当前时刻转角采集值，α(k-1)为前一周期转角采集值，Δqmfj(k-1)为上一周期估算燃油流量增量,Δqmfj(k)为当前周期估算燃油流量增量，qmf(k-1)为前一周期的燃油流量综合解算值，Ts为采样周期；
步骤3、燃油流量综合解算模块3根据步骤1中解算的测量流量qmfm与步骤2中解算的燃油流量估计值qmfj解算出燃油流量综合解算值qmf：
qmf(k)＝qmfj(k)+0.378Ts(qmfm(k)-qmf(k-1))
其中，qmf(k)为当前时刻燃油流量综合解算值，qmf(k-1)为前一周期的燃油流量综合解算值。
优选地，所述流量计连接排气可调涡轮泵。
优选地，所述排气可调涡轮泵能够输出流量可调节的高压燃油。
优选地，被测燃油为航空煤油。
优选地，所述排气阀转角传感器5为排气可调涡轮泵中排气阀用转角传感器。
优选地，所述采样周期Ts不大于0.02s。
优选地，初始时刻Δqmfj(0)＝0。
优选地，初始时刻qmf(0)＝0。
(三)有益效果
本发明引入排气阀转角信息抑制外界对流量计信号的干扰；采用涡轮泵流量调节系统的差分模型估计流量的增量，采用上一时刻流量估计值作为基值，两者相加作为模型流量估计值。本发明基于卡尔曼滤波方法，引入排气阀转角信息，利用涡轮泵流量调节系统的差分模型初步估计燃油流量增量，结合传感器测量信息估计实际燃油流量，可有效抑制低频段干扰信号。
附图说明
图1是可调涡轮泵+流量测量装置供油调节方案原理图；
图2是可调涡轮泵原理示意图；
图3是可调涡轮泵+流量测量装置供油调节方案中的低通滤波器方案设计图；
图4是本发明设计的基于模型修正的滤波设计图；
图5是本发明的方案实现原理图；
图6是本发明的方法流程图。
具体实施方式
为使本发明的目的、内容、和优点更加清楚，下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。
如图4所示，本发明结合排气阀转角信息，通过设计基于模型修正的滤波器将排气阀转角信息与压差传感器测量信号融合获取实际燃油流量信息。
图5为本发明的一种可调涡轮泵流量解算方法原理图，通过包括基于压差传感器的流量解算模块1、基于模型的燃油流量值估计模块2，燃油流量综合解算模块3，压差传感器4，排气阀转角传感器5的系统实现。如图6所示，本发明的具体实施步骤如下：
步骤1、基于压差传感器的流量解算模块1根据压差传感器4的ΔP信号解算测量流量qmfm。
其中a、b、c通过流量计(连接排气可调涡轮泵，所述排气可调涡轮泵能够输出流量可调节的高压燃油)标定试验数据拟合获得，ρ为被测量的燃油密度，单位kg/m3，ΔP为压差传感器4测量的压差信号，单位Kpa。
例如，某型测量范围0.1kg/s-1.2kg/s的流量计a＝0.001459,b＝0.0005390，c＝0.5419，采用航空煤油密度为ρ＝781.5kg/m3。当前采集压差为50kpa时，根据上述公式可计算出qmfm＝0.2884kg/s。
步骤2、基于模型的燃油流量值估计模块2根据排气阀转角传感器5(该排气阀为排气可调涡轮泵的一部分)的信号α估算燃油流量增量Δqmfj，结合前一时刻燃油流量综合解算值qmf解算当前时刻的燃油流量估计值qmfj。
Δqmfj(k)＝(1-5Ts)Δqmfj(k-1)+0.25Ts(α(k)-α(k-1))
qmfj(k)＝qmf(k-1)+Δqmfj(k)
其中，(k)表示当前时刻值，(k-1)表示前一周期值，α(k)为当前时刻转角采集值，单位°，α(k-1)为前一周期转角采集值，单位°。Δqmfj(k-1)为上一周期估算燃油流量增量，单位Kg/s,Δqmfj(k)为当前周期估算燃油流量增量，单位Kg/s。初始时刻，Δqmfj(0)＝0，qmf(k-1)为前一周期的燃油流量综合解算值，初始时刻qmf(0)＝0，单位Kg/s。Ts为采样周期，单位s，对本系统采样周期通常不大于0.02s。
步骤3、燃油流量综合解算模块3根据步骤1中解算的测量流量qmfm与步骤2中解算的燃油流量估计值qmfj解算出燃油流量综合解算值qmf。
qmf(k)＝qmfj(k)+0.378Ts(qmfm(k)-qmf(k-1))
其中，qmf(k)为当前时刻燃油流量综合解算值，单位Kg/s。qmf(k-1)为前一周期的燃油流量综合解算值，初始时刻qmf(0)＝0，单位Kg/s。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种可调涡轮泵供油系统的燃油流量解算方法，该可调涡轮泵供油系统包括：排气可调涡轮泵、流量测量装置、电磁阀、控制器、喷油环，其中，排气可调涡轮泵是系统的能源和调节元件，能够输出流量可调节的高压燃油；流量测量装置是测量元件，可实时向控制器反馈供入喷油环的总燃油流量；喷油环由电磁阀控制开启或关闭；控制器用来监控系统工作状态，实现燃油调节规律；流量测量装置由差压式流量计、压差传感器、油温传感器组成，其特征在于，所述差压式流量计连接排气可调涡轮泵，排气阀转角传感器为排气可调涡轮泵中排气阀用转角传感器；包括以下步骤：
步骤1、基于压差传感器的流量解算模块根据压差传感器的
Figure 925060DEST_PATH_IMAGE002
信号解算测量流量
Figure 904518DEST_PATH_IMAGE004
：
Figure 684255DEST_PATH_IMAGE006
其中a、b、c通过差压式流量计标定试验数据拟合获得，
Figure 643246DEST_PATH_IMAGE008
为被测量的燃油密度，
Figure 457618DEST_PATH_IMAGE002
为压差传感器测量的压差信号；
步骤2、基于模型的燃油流量值估计模块根据排气阀转角传感器的信号
Figure DEST_PATH_IMAGE010
估算燃油流量增量，结合前一时刻燃油流量综合解算值
Figure DEST_PATH_IMAGE014
解算当前时刻的燃油流量估计值
Figure DEST_PATH_IMAGE016
：
Figure DEST_PATH_IMAGE018
Figure DEST_PATH_IMAGE020
其中，
Figure DEST_PATH_IMAGE022
表示当前时刻值，
Figure DEST_PATH_IMAGE024
表示前一周期值，为当前时刻转角采集值，
Figure DEST_PATH_IMAGE028
为前一周期转角采集值，
Figure DEST_PATH_IMAGE030
为上一周期估算燃油流量增量,
Figure DEST_PATH_IMAGE032
为当前周期估算燃油流量增量，
Figure DEST_PATH_IMAGE034
为前一周期的燃油流量综合解算值，
Figure DEST_PATH_IMAGE036
为采样周期；
步骤3、燃油流量综合解算模块根据步骤1中解算的测量流量
Figure 838003DEST_PATH_IMAGE037
与步骤2中解算的燃油流量估计值解算出燃油流量综合解算值
Figure 167353DEST_PATH_IMAGE014
：
Figure DEST_PATH_IMAGE040
其中，
Figure 428570DEST_PATH_IMAGE042
为当前时刻燃油流量综合解算值，
Figure DEST_PATH_IMAGE043
为前一周期的燃油流量综合解算值。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述排气可调涡轮泵能够输出流量可调节的高压燃油。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，被测燃油为航空煤油。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述采样周期
Figure 661231DEST_PATH_IMAGE036
不大于0.02s。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，初始时刻
Figure DEST_PATH_IMAGE045
=0。
6.如权利要求1至5中任一项所述的方法，其特征在于，初始时刻
Figure 716911DEST_PATH_IMAGE047
。
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