CN109698652B - 火箭发动机双路步进电机同时基变速控制及角度测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种火箭发动机双路步进电机同时基变速控制及角度测量方法，变速控制基于时统信号触发启动，采用多级中断嵌套技术，在设置中断优先级基础上，将角度采集中断程序嵌套于双路电机调速中断程序中，在中断服务程序中同步完成双路电机的步进脉冲发送，按序执行流量调节器或燃料节流阀电机的升速、降速及平稳段的运行控制，从而在最小占用处理机系统资源情况下，解决了流量调节器和燃料节流阀双路步进电机同时基下的实时变速控制和角度测量问题，又避免中断冲突，保证试车控制安全。

Description

火箭发动机双路步进电机同时基变速控制及角度测量方法

技术领域

本发明属于液体火箭发动机流量调节技术领域，涉及一种液体火箭发动机双路步进电机的变速控制及测量方法。

背景技术

随着液氧/煤油发动机研制进程的推进和发动机性能及边界工况考核要求的不断提高，开展了流量调节器和燃料节流阀流量调节技术和步进电机控制技术的研究和开发，并据此研制了液氧煤油发动机电机测控仪，在试车中对流量调节器、燃料节流阀电机实施控制，实现发动机推力和混合比的双重异步、大范围、实时高精度调节。

液氧煤油发动机的变推力和变混合比调节是通过设置在燃气发生器燃料供应路的流量调节器和氧化剂路的燃料节流阀来分别实现的，采取“电液阀+步进电机”控制方案，流量调节器和燃料节流阀分别连接转级驱动装置和步进电机，主级工作过程进行工况调节时，通过控制步进电机运转驱动齿轮轴改变主级窗口的面积，来进行流量调节，分别实现推力和混合比调节。液氧/煤油系列发动机用电机组件均为两相混合式步进电动机，工作方式为两相八拍。

目前电机测控仪的处理机资源有限，如何在有限的处理机资源情况下，实现流量调节器和燃料节流阀双路步进电机同时基下的实时变速控制和角度测量问题，同时又避免冲突，保证试车控制安全是一个问题。

发明内容

为了在有限的处理机资源情况下，实现流量调节器和燃料节流阀双路步进电机同时基下的实时变速控制和角度测量，本发明提供一种火箭发动机双路步进电机同时基变速控制及角度测量方法。

本发明的技术解决方案如下：

本发明的火箭发动机双路步进电机同时基变速控制及角度测量方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)上电初始化

定义角度采集中断高于电机调速中断的优先级；

定义升速段脉冲数组、升速段脉冲数组中脉冲拍的总计数值及脉冲单元数，其中：升速段脉冲数组包括多个按序排列的脉冲组，每一脉冲组对应电机运行的一个频率点；每一脉冲组包括多个重复的按序排列脉冲单元；每一脉冲单元对应电机运行的一步，每一脉冲单元包括多个按序排列的脉冲拍，其中一个脉冲拍为低电平，其余为高电平；

定义降速段脉冲数组为逆序的升速段脉冲数组；

定义平稳段的一个脉冲单元包括三个高电平和一个低电平；

定义双路电机低电平有效；

分别设置角度采集中断及电机调速中断的定时器频率；

2)参数配置

分别配置双路电机在同一时基下的各自运行时序、各时序下的运行角度及运行总时间；所述双路电机为燃料节流阀电机和流量调节器电机，其均为步进电机；

根据双路电机各时序下的运行角度计算双路电机各自运行角度下的运行总拍数，每一运行角度对应一个脉冲总拍数；根据每一运行角度的脉冲总拍数、升速度脉冲单元数、降速段脉冲单元数计算每一运行角度的总脉冲单元个数；

3)双路电机流量调节及角度采集

3.1)开启角度采集中断，角度采集中断按照设定的定时器频率分别进行双路步进电机角度采集；

3.2)在时统信号有效的情况下开启电机调速中断；

3.3)调用电机调速中断服务程序

按照设定的定时器频率及电机运行时序调用电机调速中断服务程序，进行双路步进电机流量调节：

3.3.1)对电机调速中断执行个数进行计数，根据中断执行个数进行电机工作时间累计，读取时统信号并判断其有效性，有效则进行步骤3.3.2)，无效则中断返回，进入步骤4)；

3.3.2)根据节流阀运转标志判断燃料节流阀电机是否为调节状态，是则执行步骤3.3.4)；否则执行步骤3.3.3)；

3.3.3)判断流量调节器电机是否为调节状态，是则执行步骤3.3.5)，否则执行步骤3.3.6)；

3.3.4)判断燃料节流阀电机运行到的脉冲拍的计数值是否小于等于升速段脉冲数组中脉冲拍的总计数值；是则执行步骤A1)，否则执行步骤B1)；

A1)读取当前脉冲拍数中所对应的脉冲值；若脉冲值为低电平，则将当前总脉冲单元个数减1，执行步骤B4)；

若脉冲值为高电平，则将当前所运行的脉冲拍序数加1，执行步骤B4)；

B1)判断当前的总脉冲单元个数是否大于降速段脉冲单元个数，如果是进入步骤B2)；否，则进入B3)；

B2)连续三次将脉冲值置高电平，再置一次低电平，将总脉冲单元个数减1，执行步骤B4)；

B3)读取当前脉冲拍数中所对应的脉冲值；若脉冲值为低电平，则将当前总脉冲单元个数减1，执行步骤B4)；

若脉冲值为高电平，则将当前所运行的脉冲拍序数减1，执行步骤B4)；

B4)判断当前脉冲单元个数是否为0，如果为0，发脱机信号，执行步骤3.3.6)；否，则执行步骤3.3.6)；

3.3.5)判断流量调节器电机运行到的脉冲拍的计数值是否小于等于升速段脉冲数组中脉冲拍的总计数值；是则执行步骤C1)，否则执行步骤D1)；

C1)读取当前脉冲拍数中所对应的脉冲值；若脉冲值为低电平，则将当前总脉冲单元个数减1，执行步骤D4)；

若脉冲值为高电平，则将当前所运行的脉冲拍序数加1，执行步骤D4)；

D1)判断当前的总脉冲单元个数是否大于降速段脉冲单元个数，如果是进入步骤D2)；否，则进入D3)；

D2)连续三次将脉冲值置高电平，再置一次低电平，将总脉冲单元个数减1，执行步骤D4)；

D3)读取当前脉冲拍数中所对应的脉冲值；若脉冲值为低电平，则将当前总脉冲单元个数减1，执行步骤D4)；

若脉冲值为高电平，则将当前所运行的脉冲拍序数减1，执行步骤D4)；

D4)判断当前脉冲单元个数是否为0，如果为0，发脱机信号，执行步骤3.3.6)；否，则执行步骤3.3.6)；

3.3.6)将步骤A1)读取到脉冲值或步骤B2)所置的脉冲值或步骤B3)所读取的脉冲值与步骤C1)读取到脉冲值或步骤D2)所置的脉冲值或步骤D3)所读取的脉冲值相加，发送相应的脉冲对应给燃料节流阀电机和流量调节器电机，中断返回，进入步骤4)；

4)根据定时器的累计数判断双路电机的运行总时间是否小于设定的运行总时间，是则执行步骤5)，否则执行步骤6)；

5)实时显示输出试车时间、流量调节器运转角度及燃料调节阀运行角度，回到步骤3.3)；

6)显示最终的试车时间，读取角度采集数据。

本发明与现有技术相比，有益效果是：

1、本发明的火箭发动机双路步进电机同时基变速控制及角度测量方法，变速控制基于时统信号触发启动，采用多级中断嵌套技术，在设置中断优先级基础上，将角度采集中断程序嵌套于双路电机调速中断程序中，在中断服务程序中同步完成双路电机的步进脉冲发送，按序执行流量调节器或燃料节流阀电机的升速、降速及平稳段的运行控制，在最小占用处理机系统资源情况下，解决了流量调节器和燃料节流阀双路步进电机同时基下的实时变速控制和角度测量问题，又避免中断冲突，保证试车控制安全。

2、本发明的火箭发动机双路步进电机同时基变速控制及角度测量方法，为保证试车中断服务程序执行效率，定时器定时频率和不同频率段的步进脉冲数提前设定，试车中断程序通过调用脉冲数组，来分别改变双路电机的升降阶梯频率，实现电机变频控制。

附图说明

图1本发明火箭发动机双路步进电机同时基变速控制及角度测量方法总流程示意图；

图2为本发明液体火箭发动机双路步进电机同时基变速控制流程示意图。

具体实施方式

以下对本发明进行详细说明。

如图1-2所示，本发明的火箭发动机双路步进电机同时基变速控制及角度测量方法，包括以下步骤：

1)上电初始化

定义角度采集中断高于电机调速中断的优先级；

定义升速段脉冲数组、升速段脉冲数组中脉冲拍的总计数值及脉冲单元数，其中：升速段脉冲数组包括多个按序排列的脉冲组，每一脉冲组对应电机运行的一个频率点；每一脉冲组包括多个重复的按序排列脉冲单元；每一脉冲单元对应电机运行的一步，每一脉冲单元包括多个按序排列的脉冲拍，其中一个脉冲拍为低电平，其余为高电平；

定义降速段脉冲数组为逆序的升速段脉冲数组；

定义平稳段的一个脉冲单元包括三个高电平和一个低电平；

定义双路电机低电平有效；

分别设置角度采集中断及电机调速中断的定时器频率；

2)参数配置

分别配置双路电机在同一时基下的各自运行时序、各时序下的运行角度及运行总时间；所述双路电机为燃料节流阀电机和流量调节器电机，其均为步进电机；

根据双路电机各时序下的运行角度计算双路电机各自运行角度下的运行总拍数，每一运行角度对应一个脉冲总拍数；根据每一运行角度的脉冲总拍数、升速度脉冲单元数、降速段脉冲单元数计算每一运行角度的总脉冲单元个数；

3)双路电机流量调节及角度采集

3.1)开启角度采集中断，角度采集中断按照设定的定时器频率分别进行双路步进电机角度采集；

3.2)在时统信号有效的情况下开启电机调速中断；

3.3)调用电机调速中断服务程序

按照设定的定时器频率及电机运行时序调用电机调速中断服务程序，进行双路步进电机流量调节：

3.3.1)对电机调速中断执行个数进行计数，根据中断执行个数进行电机工作时间累计，读取时统信号并判断其有效性，有效则进行步骤3.3.2)，无效则中断返回，进入步骤4)；

3.3.2)根据节流阀运转标志判断燃料节流阀电机是否为调节状态，是则执行步骤3.3.4)；否则执行步骤3.3.3)；

3.3.3)判断流量调节器电机是否为调节状态，是则执行步骤3.3.5)，否则执行步骤3.3.6)；

3.3.4)判断燃料节流阀电机运行到的脉冲拍的计数值是否小于等于升速段脉冲数组中脉冲拍的总计数值；是则执行步骤A1)，否则执行步骤B1)；

A1)读取当前脉冲拍数中所对应的脉冲值；若脉冲值为低电平，则将当前总脉冲单元个数减1，执行步骤B4)；

若脉冲值为高电平，则将当前所运行的脉冲拍序数加1，执行步骤B4)；

B1)判断当前的总脉冲单元个数是否大于降速段脉冲单元个数，如果是进入步骤B2)；否，则进入B3)；

B2)连续三次将脉冲值置高电平，再置一次低电平，将总脉冲单元个数减1，执行步骤B4；

B3)读取当前脉冲拍数中所对应的脉冲值；若脉冲值为低电平，则将当前总脉冲单元个数减1，执行步骤B4)；

若脉冲值为高电平，则将当前所运行的脉冲拍序数减1，执行步骤B4)；

B4)判断当前脉冲单元个数是否为0，如果为0，发脱机信号，执行步骤3.3.6)；否，则执行步骤3.3.6)；

3.3.5)判断流量调节器电机运行到的脉冲拍的计数值是否小于等于升速段脉冲数组中脉冲拍的总计数值；是则执行步骤C1)，否则执行步骤D1)；

C1)读取当前脉冲拍数中所对应的脉冲值；若脉冲值为低电平，则将当前总脉冲单元个数减1，执行步骤D4)；

若脉冲值为高电平，则将当前所运行的脉冲拍序数加1，执行步骤D4)；

D1)判断当前的总脉冲单元个数是否大于降速段脉冲单元个数，如果是进入步骤D2)；否，则进入D3)；

D2)连续三次将脉冲值置高电平，再置一次低电平，将总脉冲单元个数减1，执行步骤D4)；

D3)读取当前脉冲拍数中所对应的脉冲值；若脉冲值为低电平，则将当前总脉冲单元个数减1，执行步骤D4)；

若脉冲值为高电平，则将当前所运行的脉冲拍序数减1，执行步骤D4)；

D4)判断当前脉冲单元个数是否为0，如果为0，发脱机信号，执行步骤3.3.6)；否，则执行步骤3.3.6)；

3.3.6)将步骤A1)读取到脉冲值或步骤B2)所置的脉冲值或步骤B3)所读取的脉冲值与步骤C1)读取到脉冲值或步骤D2)所置的脉冲值或步骤D3)所读取的脉冲值相加，发送相应的脉冲对应给燃料节流阀电机和流量调节器电机，中断返回，进入步骤4)；

4)根据定时器的累计数判断双路电机的运行总时间是否小于设定的运行总时间，是则执行步骤5)，否则执行步骤6)；

5)实时显示输出试车时间、流量调节器运转角度及燃料调节阀运行角度，回到步骤3.3)；

6)显示最终的试车时间，读取角度采集数据。

本发明的发动机试车状态下步进电机整个升降速过程，定时器定时频率提前设定不变，试车中断服务程序主要通过改变电机步进脉冲数来改变每阶梯段的运行频率，按阶梯逐步升到不同发动机所要求的额定频率，如CP脉冲发送方式为一拍低电平、连续三拍高电平，保证最高运行速率下的整个脉冲周期。采用这种发送方式，使得CP脉冲因处理机系统中断管理问题而异常延时的概率大为降低，提高了系统可靠性。

为兼容不同型号发动机试车要求，可以根据系统不同工作频率点，在电机升降速控制软件中设计频率自动读取环节，即在电机运转的起始和停止段根据设置的中断频率，确定各自起始频率及运行频率段，由此不同型号发动机按各自阶梯要求进行升降速控制，且在中断服务程序中分别根据运转标志位，按序执行流量调节器或燃料节流阀电机的升速、降速及平稳段的运行控制，从而达到两台电机同时基下的不同升降速控制。

Claims (1)

1.一种火箭发动机双路步进电机同时基变速控制及角度测量方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)上电初始化

定义角度采集中断高于电机调速中断的优先级；

定义升速段脉冲数组、升速段脉冲数组中脉冲拍的总计数值及脉冲单元数，其中：升速段脉冲数组包括多个按序排列的脉冲组，每一脉冲组对应电机运行的一个频率点；每一脉冲组包括多个重复的按序排列脉冲单元；每一脉冲单元对应电机运行的一步，每一脉冲单元包括多个按序排列的脉冲拍，其中一个脉冲拍为低电平，其余为高电平；

定义降速段脉冲数组为逆序的升速段脉冲数组；

定义平稳段的一个脉冲单元包括三个高电平和一个低电平；

定义双路电机低电平有效；

分别设置角度采集中断及电机调速中断的定时器频率；

2)参数配置

分别配置双路电机在同一时基下的各自运行时序、各时序下的运行角度及运行总时间；所述双路电机为燃料节流阀电机和流量调节器电机，其均为步进电机；

根据双路电机各时序下的运行角度计算双路电机各自运行角度下的运行总拍数，每一运行角度对应一个脉冲总拍数；根据每一运行角度的脉冲总拍数、升速度脉冲单元数、降速段脉冲单元数计算每一运行角度的总脉冲单元个数；

3)双路电机流量调节及角度采集

3.1)开启角度采集中断，角度采集中断按照设定的定时器频率分别进行双路步进电机角度采集；

3.2)在时统信号有效的情况下开启电机调速中断；

3.3)调用电机调速中断服务程序

按照设定的定时器频率及电机运行时序调用电机调速中断服务程序，进行双路步进电机流量调节：

3.3.1)对电机调速中断执行个数进行计数，根据中断执行个数进行电机工作时间累计，读取时统信号并判断其有效性，有效则进行步骤3.3.2)，无效则中断返回，进入步骤4)；

3.3.2)根据节流阀运转标志判断燃料节流阀电机是否为调节状态，是则执行步骤3.3.4)；否则执行步骤3.3.3)；

3.3.3)判断流量调节器电机是否为调节状态，是则执行步骤3.3.5)，否则执行步骤3.3.6)；

3.3.4)判断燃料节流阀电机运行到的脉冲拍的计数值是否小于等于升速段脉冲数组中脉冲拍的总计数值；是则执行步骤A1)，否则执行步骤B1)；

A1)读取当前脉冲拍数中所对应的脉冲值；若脉冲值为低电平，则将当前总脉冲单元个数减1，执行步骤B4)；

若脉冲值为高电平，则将当前所运行的脉冲拍序数加1，执行步骤B4)；

B1)判断当前的总脉冲单元个数是否大于降速段脉冲单元个数，如果是进入步骤B2)；否，则进入B3)；

B2)连续三次将脉冲值置高电平，再置一次低电平，将总脉冲单元个数减1，执行步骤B4)；

B3)读取当前脉冲拍数中所对应的脉冲值；若脉冲值为低电平，则将当前总脉冲单元个数减1，执行步骤B4)；

若脉冲值为高电平，则将当前所运行的脉冲拍序数减1，执行步骤B4)；

B4)判断当前脉冲单元个数是否为0，如果为0，发脱机信号，执行步骤3.3.6)；否，则执行步骤3.3.6)；

3.3.5)判断流量调节器电机运行到的脉冲拍的计数值是否小于等于升速段脉冲数组中脉冲拍的总计数值；是则执行步骤C1)，否则执行步骤D1)；

C1)读取当前脉冲拍数中所对应的脉冲值；若脉冲值为低电平，则将当前总脉冲单元个数减1，执行步骤D4)；

若脉冲值为高电平，则将当前所运行的脉冲拍序数加1，执行步骤D4)；

D1)判断当前的总脉冲单元个数是否大于降速段脉冲单元个数，如果是进入步骤D2)；否，则进入D3)；

D2)连续三次将脉冲值置高电平，再置一次低电平，将总脉冲单元个数减1，执行步骤D4)；

D3)读取当前脉冲拍数中所对应的脉冲值；若脉冲值为低电平，则将当前总脉冲单元个数减1，执行步骤D4)；

若脉冲值为高电平，则将当前所运行的脉冲拍序数减1，执行步骤D4)；

D4)判断当前脉冲单元个数是否为0，如果为0，发脱机信号，执行步骤3.3.6)；否，则执行步骤3.3.6)；

3.3.6)将步骤A1)读取到脉冲值或步骤B2)所置的脉冲值或步骤B3)所读取的脉冲值与步骤C1)读取到脉冲值或步骤D2)所置的脉冲值或步骤D3)所读取的脉冲值相加，发送相应的脉冲对应给燃料节流阀电机和流量调节器电机，中断返回，进入步骤4)；

4)根据定时器的累计数判断双路电机的运行总时间是否小于设定的运行总时间，是则执行步骤5)，否则执行步骤6)；

5)实时显示输出试车时间、流量调节器运转角度及燃料调节阀运行角度，回到步骤3.3)；

6)显示最终的试车时间，读取角度采集数据。

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