CN110442155B - 一种变比加热装置液氧流量精确调节方法 - Google Patents

一种变比加热装置液氧流量精确调节方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种变比加热装置液氧流量精确调节方法，解决现有变比加热装置存在实际液氧流量与额定工况偏差较大不能满足发动机模拟来流要求，及混合比不匹配而产生烧蚀、不稳定燃烧及熄火风险的问题。该方法包括步骤：1)获取电流‑液氧流量值对应表，2)设置流量修正规则表，3)实时调节液氧流量值：3.1)热试车时，电缸驱动器根据控制电流X1调节液氧流量调节阀的开度，测量实时液氧流量值Y1；3.2)实时液氧流量值Y1与期望流量值Y2进行实时比较，获得流量偏差值△Y，△Y＝Y1/Y2‑1；3.3)对流量偏差△Y进行判断并提取修正电流；3.4)根据修正电流对步骤3.1)控制电流X1进行修正，得到最终控制电流输入电缸驱动器，电缸驱动器进行相应动作。

Description

一种变比加热装置液氧流量精确调节方法
技术领域
本发明属于冲压发动机风洞试验领域，具体涉及一种变比加热装置液氧流量精确调节方法。
背景技术
吸气式发动机地面长航时热性能考核中，需要在单次热试中满足发动机在不同高度和不同马赫数工况下的来流要求。试车台采用液氧/酒精/空气三组元燃烧加热方式模拟来流工况，来流参数的变化主要依靠改变液氧、酒精、空气流量从而实现来流工况的连续调节。
因变比加热装置的特性，对各供应介质的流量调节性能提出了更高的要求，需要具备快速、精确的特点，且在宽范围的流量调节范围内具有可靠的稳定性。特别是液氧供应系统，在热试车过程中，即使调节阀具有很好的调节性能，也会因温度、系统压力的偏差导致流量存在很大的差异，使实际来流参数与额定工况要求偏差较大，热试工况发生偏离，不能满足发动机模拟来流要求。同时也带来试验过程中混合比不匹配而产生烧蚀、不稳定燃烧及熄火等问题。
发明内容
为了解决现有变比加热装置存在实际液氧流量与额定工况偏差较大，使热试工况发生偏离，不能满足发动机模拟来流要求，以及由于混合比不匹配而产生烧蚀、不稳定燃烧及熄火风险的技术问题，本发明提供了一种变比加热装置液氧流量精确调节方法，确保变比加热装置液氧流量的精确供应，从而准确模拟试验模拟来流工况，降低加热装置的烧蚀风险，提高试验效率。
为实现上述目的，本发明提供的技术方案是：
一种变比加热装置液氧流量精确调节方法，其特殊之处在于，包括以下步骤：
1)获取电流-液氧流量值对应表
液氧供应系统在冷调条件下，电缸驱动器根据不同控制电流X，调节液氧流量调节阀的开度，测量并记录不同控制电流X对应的液氧流量值Y，形成控制电流X-液氧流量值Y对应表；
2)设置流量修正规则表
根据不同流量偏差，设置流量偏差-修正电流对应表：
Figure BDA0002151062060000021
Figure BDA0002151062060000031
当流量偏差范围△Y＜-30，或者＞30时，如果是在液氧供应系统启动或转级阶段，则不进行修正；如果是在液氧供应系统工作过程中，则不进行修正，试验停止，对液氧供应系统进行重新调试；
3)实时调节液氧供应系统的液氧流量值
3.1)液氧供应系统在热试车时，电缸驱动器根据控制电流X1调节液氧流量调节阀的开度，测量液氧供应系统的实时液氧流量值Y1并发送至上位机；
3.2)上位机将实时液氧流量值Y1与期望流量值Y2进行实时比较，获得流量偏差值△Y，所述△Y＝Y1/Y2-1；
其中，参照步骤1)中控制电流X-液氧流量值Y对应表，获得步骤3.1)中控制电流X1对应的液氧流量值，该液氧流量值为期望流量值Y2；
3.3)对流量偏差△Y进行判断
当流量偏差△Y连续多次落在步骤2)中流量偏差-修正电流对应表的某个流量偏差范围时，则提取该范围对应的修正电流；
3.4)流量的闭环调节
根据步骤3.3)提取的修正电流，上位机对步骤3.1)控制电流X1进行修正，得到最终控制电流，所述最终控制电流＝控制电流X1+修正电流，上位机将最终控制电流输入电缸驱动器，电缸驱动器进行相应动作。
进一步地，步骤2)中，流量偏差-修正电流对应表为：
Figure BDA0002151062060000032
Figure BDA0002151062060000041
进一步地，步骤3.1)中，在液氧供应系统管路的补偿器和液氧流量调节阀之间设置两组流量计，用于测量液氧供应系统的实时液氧流量，取其平均值为实时液氧流量值Y1。
进一步地，步骤1)和步骤3.1)中，通过电缸驱动器调节液氧流量调节阀的开度时，还通过改变电缸驱动器的执行速度调节液氧流量调节阀的调节时间。
进一步地，所述执行速度的调节方式为：
打开PLC编程软件CoDeSys，在调节阀速度对应模块中，通过调节加速度及减速度值即可调整其动作速度，实现液氧系统的稳定转级。
进一步地，步骤1)和步骤3.1)中，通过电缸驱动器调节液氧流量调节阀的开度时，还通过控制软件手动对液氧流量调节阀进行零位修正；
所述零位修正的调节方式为：
打开伺服驱动器参数设置软件C3MGR2，在“Activate Setup mode”中调整阀门开度至理想位置，点击“Begin homing to celected Machine Zero”将现有状态设定为阀门零位。
进一步地，步骤3.3)中，对流量偏差△Y进行连续三次判断。
进一步地，步骤3.4)中，所述最终控制电流经信号调理模块转换为最终控制电压输入电缸驱动器。
进一步地，最终控制电流为4～20mA；最终控制电压为为-10V～+10V。
进一步地，步骤3.1)中，以100点/s速率采集流量计的实时液氧流量值Y1；并每0.1s向上位机发送一个液氧流量值Y1。
与现有技术相比，本发明的优点是：
1、本发明液氧流量精确调节方法首先进行系统冷调，获得控制电流与液氧流量之间的对应关系，然后在热试车时，实时测量液氧供应系统的液氧流量值，并与期望流量值进行比较，获得流量偏差，对流量偏差进行判断，并获得修正电流，根据该修正电流，调整电缸驱动器的动作，对液氧流量调节阀开度的小范围修正控制，实现对流量的精确修正，从而最终实现流量的精确供应，准确模拟试验来流工况，降低加热装置的烧蚀风险，提高试验效率；
本发明液氧流量精确调节方法采用电缸驱动器作为液氧流量调节阀的执行机构，具有位置可控性强，定位精度高，定位稳定性好、传动效率高、动作速度快、速度可调的突出优点，能够满足变比加热装置的液氧流量调节要求。
2、本发明液氧流量精确调节方法通过改变电缸驱动器的执行速度改变液氧流量调节阀的调节时间，提升了液氧流量调节过程的稳定性，实现液氧系统的稳定转级。
3、本发明液氧流量精确调节方法可在不改变机械结构的调节下将液氧调节阀手动预置到新的零位状态，避免常规调节阀零位修正的难题。
4、本发明液氧流量精确调节方法中以100点/s速率采集流量计的实时液氧流量值，并每0.1s向上位机发送一个液氧流量值Y1，保证传输速度更快，实时性更强。
附图说明
图1是本发明变比加热装置液氧流量精确调节方法实施例的原理图。
其中，附图标记如下：
1-自动增压系统，2-液氧容器放气口，3-液氧容器，4-补偿器，5-流量计，6-预冷排放阀，7-加热器，8-供应主阀，9-液氧流量调节阀，10-电缸驱动器，11-信号调理模块，12-过滤器，13-上位机，14-测量计算机。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明的内容作进一步详细描述。
实施例一
如图1所示，液氧供应系统采用挤压式供应，液氧供应系统管路上沿输送方向上依次设置自动增加系统、液氧容器3、过滤器12、补偿器4、液氧流量调节阀9、供应主阀8、加热器7，在液氧流量调节阀9和供应主阀8之间设有预冷排放阀6，液氧容器3上设有液氧容器放气口2，系统管路上还是设有隔离阀、压力/温度传感器。
液氧流量供应过程中，自动增压系统1确保液氧容器3压力不变，即液氧流量调节阀9入口压力不变，液氧供应系统工况精度调节主要通过调整液氧流量调节阀9的开度实现。
现常使用的介质调节方法通常为孔板矩阵或者流量调节阀的形式。孔板矩阵调节方式针对流量调节工况少、调节精度及速度要求不高的场合适用，不适用于液氧流量精确调节方式中。现有流量调节阀常用气动或电动作为调节阀的执行机构，由于液氧流量精确调节方式单次试验中要求调节范围宽、精度高、响应快且调节过程平稳，气动调节阀由于存在定位偏差过大，执行时间及执行开度不重复的问题，而电动调节阀动作速度慢、调节响应慢，两者均不能满足液氧流量精确调节的使用要求。
因此，本发明在液氧流量调节阀9结构调节性能良好的基础上，选用定位精度和稳定性更好的电缸驱动器10作为液氧流量调节阀9的执行机构。电缸驱动器10是一种利用各种类型的电动机(如AC伺服电动机、步进电动机)带动不同形式的丝杠(或螺母)旋转，并通过构件间的螺旋运动转化为螺母(或丝杠)的直线运动，再由螺母(或丝杠)带动缸筒或负载做往复直线运动的执行机构。相比于气缸或电动执行机构，电缸驱动器10具有位置可控性强，定位精度高，定位稳定性好、传动效率高、动作速度快、速度可调等突出优点，能够满足变比加热装置的液氧流量调节要求。
本实施例的变比加热装置液氧流量精确调节方法，包括以下步骤：
1)获取电流-液氧流量值对应表
液氧供应系统在冷调条件下，电缸驱动器10根据不同控制电流X，调节液氧流量调节阀9的开度，测量并记录不同控制电流X对应的液氧流量值Y，形成控制电流X-液氧流量值Y对应表；
试验时，提前编排好控制电流与对应控制时刻的控制时序，程序启动后，进入到该时刻后，控制系统发出对应的控制电流至液氧流量调节阀9(电缸电动缸)，液氧流量调节阀9进行调节动作，此时控制电流与液氧流量值基本呈对应关系。
2)设置流量修正规则表
根据不同流量偏差，设置流量偏差-修正电流对应表：
流量偏差范围(％) 修正电流(mA)
△Y＜-30 0
-30≤△Y<-25 0.85
-25≤△Y<-20 0.75
-20≤△Y<-15 0.65
-15≤△Y<-12 0.55
-12≤△Y<-10 0.45
-10≤△Y<-7 0.35
-7≤△Y<-5 0.25
-5≤△Y<-3 0.15
-3≤△Y≤3 0
3<△Y≤5 -0.15
5<△Y≤7 -0.25
7<△Y≤10 -0.35
10<△Y≤12 -0.45
12<△Y≤15 -0.55
15<△Y≤20 -0.65
20<△Y≤25 -0.75
25<△Y≤30 -0.85
＞30 0
当流量偏差范围△Y＜-30，或者＞30时，如果是在液氧供应系统启动或转级阶段，则不进行修正；如果是在液氧供应系统工作过程中，则不进行修正，试验停止，对液氧供应系统进行重新调试；
3)实时调节液氧供应系统的液氧流量值
在热试车过程中，受加热器7室压、管路流阻和管路温度的影响，导致液氧流量调节阀9在同一控制电流状态下冷调试对应的液氧流量与热试车时的实际流量之间存在较大的偏差，为保证流量调节的高精确性，需要相应的闭环调节技术，通过对热试数据的实时监测，按照一定的调节规则实时修正调节阀的控制状态，使得流量调节更加精确，具体包括以下步骤：
3.1)液氧供应系统在热试车时，电缸驱动器10根据控制电流X1调节液氧流量调节阀9的开度，测量液氧供应系统的实时液氧流量值Y1；
其中，在液氧供应系统管路的补偿器4和液氧流量调节阀9之间设置两组流量计5，测量计算机14以100点/s速率采集流量计5的液氧实时流量，每0.1s向控制上位机13发送一个瞬时流量值，该过程采用UDP协议实现，保证传输速度更快，实时性更强。两组测量数值取平均值，测量数据准确性高；
3.2)在上位机13的控制程序中，增加期望流量值一栏，输入对应时刻的期望流量，将测量的实时液氧流量值Y1与期望流量值Y2进行实时比较，获得流量偏差值△Y，所述△Y＝(Y1-Y2)/Y2＝Y1/Y2-1；
其中，参照步骤1)中控制电流X-液氧流量值Y对应表，获得步骤3.1)中控制电流X1对应的液氧流量值，该液氧流量值为期望流量值Y2；每0.1s比较计算一次，形成负反馈；
3.3)对流量偏差△Y进行判断
当流量偏差△Y连续三次落在步骤2)中流量偏差-修正电流对应表的某个流量偏差范围时，则提取该范围对应的修正电流，开始进行流量的闭环调节；连续三次在快速判断的基础上能够确保采集数据的准确性。
3.4)流量的闭环调节
根据步骤3.3)提取的修正电流，上位机13对步骤3.1)控制电流X1进行修正，得到最终控制电流，所述最终控制电流＝控制电流X1+修正电流，上位机13将最终控制电流输入电缸驱动器10，电缸驱动器10进行相应动作，通过控制修正量对调节阀(电动缸)开度的小范围修正控制，实现了对流量的精确修正，从而最终实现了流量的精确调节。每次启动或转级，流量偏差范围△Y会＜-30，或者＞30，此时不进行调节；每个工况累计调节量最大为1.2mA。
本实施例的电缸驱动器10具备手动设置功能，可以通过控制软件手动对调节阀进行零位修正；亦可通过软件调整调节阀的动作速度，实现液氧系统的稳定转级。通过改变电缸驱动器10的执行速度调节液氧流量调节阀9的调节时间，执行速度的调节方式为：打开PLC编程软件CoDeSys，在调节阀速度对应模块中的加速度及减速度值即可调整其动作速度，实现液氧系统的稳定转级。通过控制软件手动对液氧流量调节阀9进行零位修正，所述零位修正的调节方式为：打开伺服驱动器参数设置软件C3MGR2，在“Activate Setup mode”中调整阀门开度至理想位置，点击“Begin homing to celected Machine Zero”将现有状态设定为阀门零位。
本实施例中上位机13实现控制电流指令发送、液氧实时流量接收，流量偏差计算及数据采集和存储工作。测量计算机14采集和转发瞬时流量值并将流量值发送至上位机13，上位机13根据流量修正规则表调整控制电流(4～20mA)，修正电流指令经过信号调理模块11转换为-10V～+10V电压控制指令输入电缸驱动器10。
实施例二
将实施例一的步骤2)中流量偏差-修正电流对应表替换为以下表：
Figure BDA0002151062060000101
Figure BDA0002151062060000111
实施例三
将实施例一的步骤2)中流量偏差-修正电流对应表替换为以下表：
Figure BDA0002151062060000112
Figure BDA0002151062060000121
以上仅是对本发明的优选实施方式进行了描述，并不将本发明的技术方案限制于此，本领域技术人员在本发明主要技术构思的基础上所作的任何公知变形都属于本发明所要保护的技术范畴。

Claims (10)

1.一种变比加热装置液氧流量精确调节方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)获取电流-液氧流量值对应表
液氧供应系统在冷调条件下，电缸驱动器根据不同控制电流，调节液氧流量调节阀的开度，测量并记录不同控制电流对应的液氧流量值，形成控制电流X-液氧流量值Y对应表；
2)设置流量修正规则表
根据不同流量偏差，设置流量偏差-修正电流对应表：
流量偏差范围(％) 修正电流(mA) △Y＜-30 0 -30≤△Y<-25 0.8～0.9 -25≤△Y<-20 0.7～0.8 -20≤△Y<-15 0.6～0.7 -15≤△Y<-12 0.5～0.6 -12≤△Y<-10 0.4～0.5 -10≤△Y<-7 0.3～0.4 -7≤△Y<-5 0.2～0.3 -5≤△Y<-3 0.1～0.2 -3≤△Y≤3 0 3<△Y≤5 -0.2～-0.1 5<△Y≤7 -0.3～-0.2 7<△Y≤10 -0.4～-0.3 10<△Y≤12 -0.5～-0.4 12<△Y≤15 -0.6～-0.5 15<△Y≤20 -0.7～-0.6 20<△Y≤25 -0.8～-0.7 25<△Y≤30 -0.9～-0.8 ＞30 0
当流量偏差范围△Y＜-30，或者＞30时，如果是在液氧供应系统启动或转级阶段，则不进行修正；如果是在液氧供应系统工作过程中，则不进行修正，对液氧供应系统进行重新调试；
3)实时调节液氧供应系统的液氧流量值
3.1)液氧供应系统在热试车时，电缸驱动器根据控制电流X1调节液氧流量调节阀的开度，测量液氧供应系统的实时液氧流量值Y1并发送至上位机；
3.2)上位机将实时液氧流量值Y1与期望流量值Y2进行实时比较，获得流量偏差值△Y，所述△Y＝Y1/Y2-1；
其中，参照步骤1)中控制电流X-液氧流量值Y对应表，获得步骤3.1)中控制电流X1对应的液氧流量值，该液氧流量值为期望流量值Y2；
3.3)对流量偏差△Y进行判断
当流量偏差△Y连续多次落在步骤2)中流量偏差-修正电流对应表的某个流量偏差范围时，则提取该范围对应的修正电流；
3.4)流量的闭环调节
根据步骤3.3)提取的修正电流，上位机对步骤3.1)控制电流X1进行修正，得到最终控制电流，所述最终控制电流＝控制电流X1+修正电流，上位机将最终控制电流输入电缸驱动器，电缸驱动器进行相应动作。
2.根据权利要求1所述一种变比加热装置液氧流量精确调节方法，其特征在于：步骤2)中，流量偏差-修正电流对应表为：
Figure FDA0003463144520000021
Figure FDA0003463144520000031
3.根据权利要求2所述一种变比加热装置液氧流量精确调节方法，其特征在于：步骤3.1)中，在液氧供应系统管路的补偿器和液氧流量调节阀之间设置两组流量计，用于测量液氧供应系统的实时液氧流量，取其平均值为实时液氧流量值Y1。
4.根据权利要求1所述一种变比加热装置液氧流量精确调节方法，其特征在于：步骤1)和步骤3.1)中，通过电缸驱动器调节液氧流量调节阀的开度时，还通过改变电缸驱动器的执行速度调节液氧流量调节阀的调节时间。
5.根据权利要求4所述一种变比加热装置液氧流量精确调节方法，其特征在于：所述执行速度的调节方式为：
打开PLC编程软件CoDeSys，在调节阀速度对应模块中，通过调节加速度及减速度值即可调整其动作速度，实现液氧系统的稳定转级。
6.根据权利要求1所述一种变比加热装置液氧流量精确调节方法，其特征在于：步骤1)和步骤3.1)中，通过电缸驱动器调节液氧流量调节阀的开度时，还通过控制软件手动对液氧流量调节阀进行零位修正；
所述零位修正的调节方式为：
打开伺服驱动器参数设置软件C3MGR2，在“Activate Setup mode”中调整阀门开度至理想位置，点击“Begin homing to celected Machine Zero”将现有状态设定为阀门零位。
7.根据权利要求1至6任一所述一种变比加热装置液氧流量精确调节方法，其特征在于：步骤3.3)中，对流量偏差△Y进行连续三次判断。
8.根据权利要求7所述一种变比加热装置液氧流量精确调节方法，其特征在于：步骤3.4)中，所述最终控制电流经信号调理模块转换为最终控制电压输入电缸驱动器。
9.根据权利要求8所述一种变比加热装置液氧流量精确调节方法，其特征在于：最终控制电流为4～20mA；最终控制电压为-10V～+10V。
10.根据权利要求3所述一种变比加热装置液氧流量精确调节方法，其特征在于：步骤3.1)中，以100点/s速率采集流量计的实时液氧流量值Y1；并每0.1s向上位机发送一个液氧流量值Y1。
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