CN112229636A - 一种基于电子调节器的调试系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于电子调节器的调试系统，涉及飞机发动机调试领域。基于电子调节器的调试系统，包括机箱，机箱内集成控制器模块、数据采集模块、信号产生模块、可编程电阻模块、开关电源模块和PXI电源模块，控制器模块、数据采集模块、信号产生模块和可编程电阻模块均通过PXI总线连接PXI背板，PXI背板连接系统控制器，开关电源模块和PXI电源模块也与PXI背板相连；通过PXI背板，实现系统控制器与各功能模块之间的信号激励、数据控制、数据采集。调试系统通过系统控制计算机与激励模块、专用模拟器模块等相衔接，实现系统控制计算机与模块之间的信号激励、数据控制、数据采集。

Description

一种基于电子调节器的调试系统
技术领域
本发明涉及飞机发动机调试领域，具体涉及一种基于电子调节器的调试系统。
背景技术
飞机的涡轮轴发动机修理和试车时，尤其是夏季试车时，发动机在大气压力低和大气温度高的环境下工作(一般环境条件为：Pн＝(710～720)mmHg，tн＝(25～35)℃)，转速限制和温度限制比电子调节器(ЭРД)调节的功率限制值最先达到，从而造成不能完成发动机起飞功率的调整。目前采取的替代方法就是选择在气温较低的时段进行试车调试，此方法受环境影响大，不能全天候进行试车调试。
在起飞状态和应急状态功率状态下，压气机涡轮转速根据大气温度和大气压力自动限制；电子调节器(ЭРД)根据下式限制因tн和Pн变化而变化的起飞状态转速nтк；
nтк＝109.1+0.159tн-14.41Pн
因此，TB3-117系列发动机要安全可靠的工作，就要保证发动机不超温、不超转、不超负荷。因此，发动机就设计和很多限制装置，比如：最大转速限制(图3)、最高温度限制、起飞状态功率限制、最大耗油量限制等。这些限制器根据工作环境等因素来决定不同工作的时机。
根据发动机进气口大气温度和大气压力(tн、Pн)，电子调节器(ЭРД)压气机涡轮转速回路可以限制发动机压气机涡轮转子最大转速。
发动机状态限制系统该系统由发动机电子调节器(ЭРД)、压涡转子转速传感器(ДЧВ)、大气温度传感器、大气压力传感器、执行机构(ИМНР)等部件组成。
压气机涡轮转速调节器进行周期性工作。每个计算周期为40.96毫秒。输入装置的每个计算周期将来自传感器nтк、tн、Pн和调整螺钉R1、R2的信号转换为新的信息。转换后的信息进入信息处理装置，通过永久存储器内存程序计算，作为控制信号使用。信息处理装置所得结果输送到执行机构上。
输入装置从调节系统电子部分传感器得到以下形式的信息：
从压气机涡轮转速传感器得到频率信号fтк和fтк.спар；
从大气压力、大气温度和调整螺钉传感器得到电压UPн、Utн、URPer.1、URPer.2。
大气温度传感器、大气压力传感器和压气机涡轮转速传感器的信号tH、PH、nтк到达压气机涡轮转速回路输入端(见图4)。这些信号在电子调节器(ЭРД)的压气机涡轮转速回路中进行转换和比较，如果压气机涡轮实际转速nтк超过调定好的最大转速nтк.max，那么电子调节器(ЭРД)压气机涡轮转速回路将确定的填空系数控制信号γ传输给燃调执行机构ИМнр，该控制信号与转速失调量有关。
燃调的执行机构ИМнр通过内部机构作用于燃调主调节油针，保证回油的同时，依靠主调节油针，压气机涡轮转速nтк减小，直到nтк等于调定好的转速nтк.max。
如果最大燃气温度tгmax限制回路开始工作，那么压气机涡轮转速回路断开，同时燃气温度限制回路工作。
虽然在电子调节器修理工序阶段已经按照技术要求对每一台电子调节器进行了调定，但因每一台发动机的性能参数会有所差异，电子调节器调节的起飞状态的压气机涡轮转子转速 nтквзл并不能保证发动机输出与技术标准一致的起飞状态功率。只有保证了发动机输出功率符合技术标准，才能保证用户使用的使用要求。所以在试车阶段必须对每一台发动机的起飞状态功率进行调定。
传统的起飞功率调整方法如下：
(1)发动机起飞状态功率的调节。(适用于装用电子调节器(ЭРД)的发动机)。
a.发动机电子调节器涡轮压气机环路(ТК.ЭРД)的调谐可理解为借助发动机电子调节器(ЭРД)的“nтк”调节螺钉，对要求的最大转速限制特性nтк＝f(tн.Pн) 进行调节。
(2)用调节电子调节器(ЭРД)“nтк”调节螺钉(图2)的方式，调节涡轮压气机转子转速nтк，这样以使发动机功率符合额定值，根据验收曲线，公差为±25hp(这与发动机的类型有关)。
发动机类型：TB3-117BM C02，试车时间：2014年7月21日，大气温度：32.5℃，大气压力：710mmHg。
根据图表查得，起飞状态需要的功率额定值Neзам＝(2200±25)，最小值为Neзам＝ (2100±25)hp。
从表2中可以看出，在此大气条件下发动机输出2078马力时，压气机涡轮实测转速和燃气实测温度已经到达最大值了，分别是101.0％和984.3℃。此时的参数只能达到起飞状态功率额定值得下限。在此条件下，已经不能检查发动机的应急功率状态了。
若是TB3-117BMA或TB3-117BMAP型发动机连起飞状态都进入不了。
因为在此环境条件下，发动机还没有输出与技术要求相对应的功率，不论是压气机涡轮转速和燃气温度都已经接近或达到最大的极限值了。无论发动机是否进入电子调节器 (ЭРД)限制是转速，此时都不能再增加发动机的燃油供油量，从而保证发动机安全、可靠地工作。
我们根据录取的性能参数，将功率实测值作为自变量，将转速测量值作为因变量，将两组数据作非线性回归分析。根据关系数据有记录的至少五个点，使用最小二乘法对已知数据进行最佳曲线拟合。
nткзам＝f(Neзамcp)
式中：
nткзам—发动机压气机涡轮的实测转速，单位：％；
Neзамcp—发动机输出功率，单位：马力。
方法是将x和y变量的函数作为x和y系列输入，将在使用y值的单个列和x值的单个列计算下面的方程式的近似平方(多项式次数2)值时运行：
y＝a0+a1x+a2x2
式中：
a0—多项式系数0次项系数；
a1—多项式系数1次项系数；
a2—多项式系数2次项系数。
根据数据拟合曲线(图6)回归分析得出的结果得出未知参数，即当时大气条件下需要的起飞功率对应的压气机涡轮转速。
根据以上分析，得出，Neзам＝2175hp时，nткзам＝101.35％，对于TB3-117所有改型发动机来说，压气机涡轮转子的最高转速为101.15％，所以不能完成该调试工作。
我们根据发动机状态限制系统的工作原理，结合电子调节器(ЭРД)的系统馈线原理图。
—用一个电阻来模拟需要大气温度；
—用一个直流电源来模拟需要大气压力；
—用一个正弦信号来模拟需要的压气机涡轮转速。
将以上三种物理量来代替传感器的输出的物理量输送给燃调，然后这些信号在电子调节器(ЭРД)的压气机涡轮转速回路中进行转换和比较，根据燃调执行机构ИМнр收到的填空系数控制信号(PWM)γ的占空比，来调整电子调节器(ЭРД)的“nтк”调节螺钉(图5)，从而实现了对发动机起飞状态的调整。
同样，接通电调的“应急状态开关”，然后增加压气机涡轮转子转速1+0.2％对应的频率。用同样的方法来调整电子调节器(ЭРД)的“ЧР”调节螺钉(图5)，从而实现了对发动机应急状态的调整。
发明内容
本发明的目的是针对上述不足，提出了一种能够通过控制器与激励模块、专用模拟器模块等相衔接，实现系统控制器与模块之间的信号激励、数据控制、数据采集的基于电子调节器的调试系统。
本发明具体采用如下技术方案：
一种基于电子调节器的调试系统，包括机箱，机箱内集成控制器模块、数据采集模块、信号产生模块、可编程电阻模块、开关电源模块和PXI电源模块，控制器模块、数据采集模块、信号产生模块和可编程电阻模块均通过PXI总线连接PXI背板，PXI背板连接系统控制器，开关电源模块和PXI电源模块也与PXI背板相连；通过PXI背板，实现系统控制器与各功能模块之间的信号激励、数据控制、数据采集。
优选地，控制器模块采用Intel Core Duo处理器L2400，1.66GHz，标准配置2GBDDR2 RAM， 10/100Mbps以太网接口，2个USB2.0接口，集成120G固态硬盘及其他外围I/O资源。
优选地，包括两路输入通道，分辨率为24bit，采集速率为204.8kS/s的2路同步采集模拟输入，输入量程为最小-316mV～+316mV，最大-42V～+42V；精度为-10V～+10V，1mV，板卡内存为2047样本。
优选地，可编程电阻模块为两路输出通道，分辨率为24bit，采集速率为204.8kS/s的2 路同步更新模拟输出，输入量程最小为-100mV～+100mV，最大为-10V～+10V。
优选地，PXI电源模块的输入电压为AC 220V/50Hz，输出电压为DC+27V、±12V、±5V、±3.3V。
本发明具有如下有益效果：
调试系统与被测产品事先连接好，软件已经事先编程好，系统控制计算机根据测试程序进行手动测试，测试设备平台通过系统控制计算机连接到PXI总线母版上，通过PXI总线母版，实现系统控制计算机与卡式仪器或功能模块之间的信号激励，数据控制，数据采集。使试车调试不受环境影响，能够进行全天候试车调试，提高了调试效率。
附图说明
图1为基于电子调节器的调试系统的硬件组成示意图；
图2为基于电子调节器的调试系统的软件组成示意图；
图3为压气机涡轮转速与发动机进口空气温度(H＝0、V＝0、Pн＝760mmHg)的关系以及 Pн<760mmHg时压气机涡轮最大允许转速曲线；
图4为状态限制系统方框图；
图5为现有的电子调节器结构图；
图6为回归分析得出的拟合曲线示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明的具体实施方式做进一步说明：
结合图1和图2一种基于电子调节器的调试系统，包括机箱，机箱内集成控制器模块、数据采集模块、信号产生模块、可编程电阻模块、开关电源模块和PXI电源模块，控制器模块、数据采集模块、信号产生模块和可编程电阻模块均通过PXI总线连接PXI背板，PXI背板连接系统控制器，开关电源模块和PXI电源模块也与PXI背板相连；通过PXI背板，实现系统控制器与各功能模块之间的信号激励、数据控制、数据采集。
控制器模块采用Intel Core Duo处理器L2400，1.66GHz，标准配置2GB DDR2 RAM，10/100Mbps以太网接口，2个USB2.0接口，集成120G固态硬盘及其他外围I/O资源。
包括两路输入通道，分辨率为24bit，采集速率为204.8kS/s的2路同步采集模拟输入，输入量程为最小-316mV～+316mV，最大-42V～+42V；精度为-10V～+10V，1mV，板卡内存为 2047样本。
可编程电阻模块为两路输出通道，分辨率为24bit，采集速率为204.8kS/s的2路同步更新模拟输出，输入量程最小为-100mV～+100mV，最大为-10V～+10V。
PXI电源模块的输入电压为AC 220V/50Hz，输出电压为DC+27V、±12V、±5V、±3.3V。
电调调试试验设备通过硬件和软件的集成，构成完整的电调调试系统。
调试系统与被测产品事先连接好，软件已经事先编程好，系统控制计算机根据测试程序进行手动测试，测试设备平台通过系统控制计算机连接到PXI总线母版上，通过PXI总线母版，实现系统控制计算机与卡式仪器或功能模块之间的信号激励，数据控制，数据采集。
调试系统通过系统控制计算机与激励模块、专用模拟器模块等相衔接，实现系统控制计算机与模块之间的信号激励、数据控制、数据采集。
调试系统的主要参数设置：
交流电压输出：测量范围：-10V～+10V；精度：±0.1％；最小分辨率：1mV。
直流电压输出：测量范围：0V～+10V；精度：±0.1％；最小分辨率：1mV。
温度等效电阻给定：测量范围：96.09Ω～130.90Ω；精度：±0.05Ω。
交流电压采集：
测量范围：-42V～+42V；精度：±0.1％；最小分辨率：1mV。
环境要求：
温度：-10℃～80℃；
湿度：在温度为+30℃，相对湿度为95％的条件下，能正常工作；
电磁兼容：符合GJB151、GJB152要求。
可靠性：MTBF>1000h
当然，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种基于电子调节器的调试系统，包括机箱，其特征在于，机箱内集成控制器模块、数据采集模块、信号产生模块、可编程电阻模块、开关电源模块和PXI电源模块，控制器模块、数据采集模块、信号产生模块和可编程电阻模块均通过PXI总线连接PXI背板，PXI背板连接系统控制器，开关电源模块和PXI电源模块也与PXI背板相连；通过PXI背板，实现系统控制器与各功能模块之间的信号激励、数据控制、数据采集。
2.如权利要求1所述的一种基于电子调节器的调试系统，其特征在于，控制器模块采用Intel Core Duo处理器L2400，1.66GHz，标准配置2GB DDR2 RAM，10/100Mbps以太网接口，2个USB2.0接口，集成120G固态硬盘及其他外围I/O资源。
3.如权利要求1所述的一种基于电子调节器的调试系统，其特征在于，包括两路输入通道，分辨率为24bit，采集速率为204.8kS/s的2路同步采集模拟输入，输入量程为最小-316mV～+316mV，最大-42V～+42V；精度为-10V～+10V，1mV，板卡内存为2047样本。
4.如权利要求1所述的一种基于电子调节器的调试系统，其特征在于，可编程电阻模块为两路输出通道，分辨率为24bit，采集速率为204.8kS/s的2路同步更新模拟输出，输入量程最小为-100mV～+100mV，最大为-10V～+10V。
5.如权利要求1所述的一种基于电子调节器的调试系统，其特征在于，PXI电源模块的输入电压为AC 220V/50Hz，输出电压为DC+27V、±12V、±5V、±3.3V。
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