CN110673663B - 航空发动机燃油计量组件试验用液压控制系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于航空发动机试验领域，特别是一种航空发动机燃油计量组件试验用液压控制系统及方法。目前为保证压力的高精度控制，分别通过手动调节节流阀来调整出口的压力和进、出口压差，这种方式调节效率极低。本发明航空发动机燃油计量组件试验用液压控制系统该系统在燃油计量组件的入口并列安装有液压动力单元和第一压力调节单元，并配置有进口压力传感器；在燃油计量组件的出口安装有第二压力调节单元，并配置有出口压力传感器。解决燃油计量组件性能试验时各被控参数控制精度高且相互耦合的难题，实现燃油计量组件性能试验，保证计量组件后压力、计量组件前后压差以及计量组件阀芯位移均具有极高的控制精度。

Description

航空发动机燃油计量组件试验用液压控制系统及方法
技术领域
本发明属于航空发动机试验领域，特别是一种航空发动机燃油计量组件试验用液压控制系统及方法。
背景技术
航空发动机燃油计量组件是燃油控制系统的重要功能部件，经计量组件计量后的燃油被输送到发动机燃烧室参与燃烧。为提高燃油控制系统整机性能调试的效率和可靠性，在燃油控制系统装配调试前需对燃油计量组件进行性能测试。燃油计量组件的性能试验具有控制精度高、各被控参数相互耦合的特点，在试验时需同时保证计量组件后压力、计量组件前后压差以及计量组件阀芯位移，具有极高的控制精度。
目前试验条件中，为保证压力的高精度控制，往往在计量组件进、出口各设置1个手动节流阀，分别通过手动调节节流阀来调整出口的压力和进、出口压差，这种方式调节效率极低。
因此，为了准确且高效测试航空发动机燃油计量组件的性能状态，必须设计方便可靠的液压控制系统和控制方法。
发明内容
本发明解决的技术问题为：提供一种航空发动机燃油计量组件试验液压控制系统以及方法，解决燃油计量组件性能试验时各被控参数控制精度高且相互耦合的难题，实现燃油计量组件性能试验，保证计量组件后压力、计量组件前后压差以及计量组件阀芯位移均具有极高的控制精度。
本发明航空发动机燃油计量组件试验用液压控制系统该系统，在燃油计量组件的入口并列安装有液压动力单元和第一压力调节单元，并配置有进口压力传感器；在燃油计量组件的出口安装有第二压力调节单元，并配置有出口压力传感器；所述液压动力单元包括变频电机和增压泵，所述第一压力调节单元包括比例节流阀和蓄能器；所述第二压力调节单元为节流阀；
当燃油计量组件的出口压力与压力设定值之差大于阈值时，由第一伺服回路对出口压力进行粗调，该第一伺服回路包括比例节流阀、第一PID控制器以及进口压力传感器；当燃油计量组件的出口压力与压力设定值之差小于阈值时，由第二伺服回路对出口压力进行精调，该第二伺服回路包括变频电机、增压泵、第二PID控制器；在出口压力满足要求的情况下，通过节流阀对燃油计量组件出口和进口的压差进行调整。
进一步地，在增压泵的出口还连接有单向阀。
进一步地，与液压动力单元并列安装有安全阀。
进一步地，该系统还为所述燃油计量组件配置了阀芯位移伺服控制系统，其包括光栅传感器、丝杠、步进电机以及伺服控制器。
进一步地，当阀芯位移反馈差△xv大于某一设定值时，阀芯位移伺服控制系统通过闭环控制的方式控制计量组件的阀芯趋近要求值；当△xv小于等于该设定值时，该阀芯位移伺服控制系统实现开环控制。
本发明航空发动机燃油计量组件试验用液压控制方法，该方法利用上述的液压控制系统，当燃油计量组件的出口压力与压力设定值之差大于阈值时，由第一伺服回路对出口压力进行粗调，该第一伺服回路包括比例节流阀、第一PID控制器以及进口压力传感器；当燃油计量组件的出口压力与压力设定值之差小于阈值时，由第二伺服回路对出口压力进行精调，该第二伺服回路包括变频电机、增压泵、第二PID控制器；在出口压力满足要求的情况下，通过节流阀对燃油计量组件出口和进口的压差进行调整。
进一步地，在增压泵的出口还连接有单向阀；与液压动力单元并列安装有安全阀。
进一步地，该系统还为所述燃油计量组件配置了阀芯位移伺服控制系统，其包括光栅传感器、丝杠、步进电机以及伺服控制器。
进一步地，当阀芯位移反馈差△xv大于某一设定值时，阀芯位移伺服控制系统通过闭环控制的方式控制计量组件的阀芯趋近要求值；当△xv小于等于该设定值时，该阀芯位移伺服控制系统实现开环控制。
进一步地，计量组件的阀芯位移由步进电机的旋转角位移通过丝杠控制，将设定的阀芯位移量xvi和由光栅传感器测得的阀芯位移量xvo作为反馈信号反馈给伺服控制器进行反馈控制。
本发明基于燃油计量组件的结构、工作原理以及试验要求，设计液压控制系统；采用由伺服电机、丝杠和光栅传感器、伺服控制器等组成的位移伺服控制系统，实现计量组件阀芯位移的高精度控制；提出“泵阀复合控制+进出口压力协调控制”的控制策略实现计量组件出口压力和进出口压差的高精度控制。
本发明的有益效果为：所设计的燃油计量组件性能试验控制系统以及控制方法可以满足燃油计量组件性能试验的需求，包括计量组件阀芯位移、计量组件后压力及前后压差的高精度控制。
附图说明
图1为本发明液压控制系统结构图；
图2为燃油计量组件的阀芯位移伺服控制系统原理图；
图3为本发明液压控制方法原理图。
图中：1为变频电机，2为增压泵，3为单向阀，4为安全阀，5为比例节流阀，6为蓄能器，7为进口压力传感器，8为计量组件，9为光栅传感器，10为丝杠，11为步进电机，12为节流阀，13为流量传感器，14为出口压力传感器，15为第一PID控制器，16为第二PID控制器，17为伺服控制器
具体实施方式
参见图1，本发明航空发动机燃油计量组件试验用液压控制系统，包括变频电机1、增压泵2、单向阀3、安全阀4、比例节流阀5、蓄能器6、进口压力传感器7、计量组件8、光栅传感器9、丝杠10、步进电机11、手动节流阀12、流量传感器13以及出口压力传感器14等，其中变频电机1和增压泵2为整个系统的动力单元，变频电机1对增压泵2进行控制，增压泵2从油箱抽取的液压油经过单向阀3进入计量组件8的进口。单向阀3用来防止系统停止工作时燃油回流对增压泵2产生的冲击，在单向阀3的后端还并联有安全阀4和比例节流阀5，两者的回油管道与油箱联通。安全阀4用来防止系统压力过高、起安全保护作用。比例节流阀5的入口与蓄能器6联通，出口与油箱联通。蓄能器6用于吸收增压泵2的压力脉动、维持计量组件8的进口处压力稳定状态。通过进口压力传感器7检测计量组件8的进口压力。计量组件8的出口经过节流阀12和流量传感器13后与油箱联通，且通过出口压力传感器14检测计量组件8的出口压力。
参见图2，燃油计量组件阀芯位移控制系统由光栅传感器9、丝杠10、步进电机11以及伺服控制器17等组成。计量组件8的阀芯位移由步进电机11的旋转角位移通过丝杠10转化而来，将设定的计量组件8的阀芯位移量xvi作为输入信号输入给伺服控制器17，由光栅传感器9测得的计量组件8的阀芯位移量xvo作为反馈信号反馈给伺服控制器17，在光栅传感器9测得的计量组件8的阀芯位移量xvo作为反馈信号反馈给伺服控制器17的过程中，设置有通断控制数字开关S，其中S＝1表示通，S＝0表示断。计量组件8的阀芯位移反馈差△xv＝xvi-xvo，当阀芯位移反馈差△xv大于某一设定值时，设置S＝1，燃油计量组件位移伺服控制系统通过闭环控制的方式控制计量组件8的阀芯趋近要求值；当△xv小于等于该设定值时，设置S＝0，即当计量组件8的阀芯位移在要求的误差范围内，该位移伺服控制系统实现开环控制，进而避免由阀芯位移波动引起的压力波动。通过调节伺服控制器17的PID参数实现计量组件位移的高精度控制。
参见图3，本发明采用“泵阀复合控制+进出口压力协调控制”的控制策略，实现计量组件8出口压力和进出口压差的精确控制。其中：
“泵阀复合控制”是指：采用变频电机1和比例节流阀5共同控制计量组件8的出口压力poo。泵阀复合控制方案为：计量组件8的出口压力设定值poi,当出口压力设定值poi与压力传感器14的检测值偏差大于设定值m时，控制k1＝1，k2＝0，变频电机1转速维持最小值不变，通过比例节流阀5、PID控制器15以及压力传感器7等构成的压力阀控系统进行压力粗调；当偏差小于设定值m时，控制k1＝0，k2＝1，比例节流阀5开口维持当前值不变，通过变频电机1、PID控制器16、增压泵2以及压力传感器14等构成的压力泵控系统进行压力精调，最终通过合理匹配设置PID控制器15和PID控制器16的参数实现计量组件出口压力的精确控制。
“进出口压力协调控制”是指：通过“泵阀复合控制”策略自动控制计量组件8的出口压力poo，由压力传感器7和压力传感器14检测到计量组件的进口压力和出口压力，经过运算得到计量组件的进出口压差△pi，通过调节手动节流阀12控制进出口压差达到要求值△po。
本发明的工作过程为：首先将手动节流阀12调节至中间位置，采用变频电机1和比例节流阀5复合控制的方法实现计量组件8出口压力实时自动控制在某一要求值，通过计量组件阀芯位移伺服控制系统实现计量组件8阀芯位移控制，同时调节手动节流阀2控制计量组件8进出口压差，直至计量组件8出口压力和进出口压差达到要求值。

Claims (6)

1.一种航空发动机燃油计量组件试验用液压控制系统，其特征在于：该系统在燃油计量组件(8)的入口并列安装有液压动力单元和第一压力调节单元，并配置有进口压力传感器(7)；在燃油计量组件(8)的出口安装有第二压力调节单元，并配置有出口压力传感器(14)；所述液压动力单元包括变频电机(1)和增压泵(2)，所述第一压力调节单元包括比例节流阀(5)和蓄能器(6)；所述第二压力调节单元为节流阀(12)；该系统还为所述燃油计量组件(8)配置了阀芯位移伺服控制系统，其包括光栅传感器(9)、丝杠(10)、步进电机(11)以及伺服控制器(17)，当阀芯位移反馈差△xv大于某一设定值时，阀芯位移伺服控制系统通过闭环控制的方式控制计量组件(8)的阀芯趋近要求值；当△xv小于等于该设定值时，该阀芯位移伺服控制系统实现开环控制；
当燃油计量组件(8)的出口压力与压力设定值之差大于阈值时，由第一伺服回路对出口压力进行粗调，该第一伺服回路包括比例节流阀(5)、第一PID控制器(15)以及进口压力传感器(7)；当燃油计量组件(8)的出口压力与压力设定值之差小于阈值时，由第二伺服回路对出口压力进行精调，该第二伺服回路包括变频电机(1)、增压泵(2)、第二PID控制器(16)；在出口压力满足要求的情况下，通过节流阀(12)对燃油计量组件(8)出口和进口的压差进行调整。
2.根据权利要求1所述的航空发动机燃油计量组件试验用液压控制系统，其特征在于：在增压泵(2)的出口还连接有单向阀(3)。
3.根据权利要求1所述的航空发动机燃油计量组件试验用液压控制系统，其特征在于：与液压动力单元并列安装有安全阀(4)。
4.一种航空发动机燃油计量组件试验用液压控制方法，其特征在于，该方法利用权利要求1所述的液压控制系统，当阀芯位移反馈差△xv大于某一设定值时，阀芯位移伺服控制系统通过闭环控制的方式控制计量组件(8)的阀芯趋近要求值；当△xv小于等于该设定值时，该阀芯位移伺服控制系统实现开环控制；当燃油计量组件(8)的出口压力与压力设定值之差大于阈值时，由第一伺服回路对出口压力进行粗调，该第一伺服回路包括比例节流阀(5)、第一PID控制器(15)以及进口压力传感器(7)；当燃油计量组件(8)的出口压力与压力设定值之差小于阈值时，由第二伺服回路对出口压力进行精调，该第二伺服回路包括变频电机(1)、增压泵(2)、第二PID控制器(16)；在出口压力满足要求的情况下，通过节流阀(12)对燃油计量组件(8)出口和进口的压差进行调整。
5.根据权利要求4所述的航空发动机燃油计量组件试验用液压控制方法，其特征在于：在增压泵(2)的出口还连接有单向阀(3)；与液压动力单元并列安装有安全阀(4)。
6.根据权利要求4所述的航空发动机燃油计量组件试验用液压控制方法，其特征在于：计量组件(8)的阀芯位移由步进电机(11)的旋转角位移通过丝杠(10)控制，将设定的阀芯位移量xvi和由光栅传感器(9)测得的阀芯位移量xvo作为反馈信号反馈给伺服控制器(17)进行反馈控制。
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