CN112412631B - 一种具有自刹车功能的加速过程控制方法 - Google Patents

Abstract

本申请属于飞机发动机设计领域，涉及一种具有自刹车功能的加速过程控制方法，所述方法包括：获取给定的高压转子转速与测量的实际工况下的高压转子转速，计算两者的差值Δn2，获取给定的低压转子转速、测量的实际工况下的低压转子转速，计算两者的差值Δn1；若差值Δn2大于设定的第一门槛值，且发动机处于慢车及以上状态，则进入加速控制策略；若差值Δn2小于设定的第二门槛值，或者差值Δn1小于设定的第三门槛值，或者低压涡轮后排气温度的给定值与实测值的差值小于设定的第四门槛值，则进入预退出控制策略。本申请在加速控制策略中通过延迟给定油脱开加速线的时机，以及通过预退出策略来保证加速性满足指标要求的前提下，保证发动机过渡态性能。

Description

一种具有自刹车功能的加速过程控制方法

技术领域

本申请属于飞机发动机设计领域，特别涉及一种具有自刹车功能的加速过程控制方法。

背景技术

发动机加速性是发动机能否出厂的重要指标，加速性过快会导致发动机工作裕度减少出现工作不稳定的情况，或者出现超转；发动机加速性过慢会增加发动机的起飞距离。因此，加速过程的控制目标为在保证发动机稳定工作的前提下，尽可能缩短时间。经过对某型发动机出厂试车进行统计可知，其出厂检查的二十余项功能检查调整时间中，加速性的调整次数最多，费时最长，且在高温天时出现加速性不合问题后，基本无调整手段，严重制约了发动机的出厂交付。

目前，该型发动机控制系统为了保证发动机不出现超转，其控制参数较为保守，导致其在高温条件下给定油提前脱开加速油，经常出现加速时间偏上限或者超限的问题。为了提高加速性，只能通过提高加速供油进行解决，这不仅增加了试车次数，浪费试车资源；还会加剧发动机使用寿命的损耗和降低了发动机稳定裕度。

发明内容

为了解决上述问题，本申请提供了一种具有自刹车功能的加速过程控制方法，具体方案如下：

步骤S1、获取给定的高压转子转速与测量的实际工况下的高压转子转速，计算两者的差值Δn2，获取给定的低压转子转速、测量的实际工况下的低压转子转速，计算两者的差值Δn1；

步骤S2、若差值Δn2大于设定的第一门槛值，且发动机处于慢车及以上状态，则进入加速控制策略，所述加速控制策略是指通过PID控制算法计算出的给定油量wf_PID与根据加速油气比限制给出的加速油给定值wfmacc之间的低选控制策略；

步骤S3、若差值Δn2小于设定的第二门槛值，或者差值Δn1小于设定的第三门槛值，或者低压涡轮后排气温度的给定值与实测值的差值小于设定的第四门槛值，则进入预退出控制策略，所述预退出控制策略中，按照给定的修正系数对所述加速控制策略中的加速供油给定值进行修正，采用修正后的加速供油给定值执行加速控制策略。

优选的是，步骤S1中，给定的高压转子转速由驾驶员推动油门杆生成。

优选的是，步骤S2中，第一门槛值为实际工况下的高压转子转速的3％～5％中的任意值。

优选的是，步骤S3中，第二门槛值为实际工况下的高压转子转速的2％，第三门槛值为实际工况下的低压转子转速的1.5％，第四门槛值为8℃。

优选的是，步骤S3中，修正系数k_wfmacc为低压转子转速修正值kacc_n1、高压转子转速修正值kacc_n2与低压涡轮后排气温度修正值kacc_T6中的最小值，即：

k_wfmacc＝min(kacc_n1,kacc_n2,kacc_T6)

其中，

kacc_n1＝0.5-0.5*(n1-n1dem)/detn1xz

kacc_n2＝0.5-0.5*(n2-n2dem)/detn2xz

kacc_T6＝0.5-0.5*(T6-T6dem)/detT6xz

其中，n1为低压转子转速，n1dem为低压转子转速给定值，detn1xz为给定的低压转子转速变化阈值，n2为高压转子转速，n2dem为高压转子转速给定值，detn2xz为给定的高压转子转速变化阈值，T6为低压涡轮后排气温度，T6dem为低压涡轮后排气温度给定值，detT6xz为给定的低压涡轮后排气温度变化阈值。

优选的是，步骤S3之后，进一步包括：

步骤S4、若实测的高压转速上升率小于1％，则退出所述预退出控制策略。

优选的是，在进行步骤S2的加速控制策略以及步骤S3的预退出控制策略过程中，进一步包括执行超限保护控制策略，所述超限保护控制策略的进入时机为：

给定的高压转子转速不高于测量的实际工况下的高压转子转速；或者给定的低压转子转速不高于测量的实际工况下的低压转子转速；或者给定的低压涡轮后排气温度不高于测量的实际工况下的低压涡轮后排气温度；或者给定的点火状态燃烧室进口总压不高于测量的实际工况下的点火状态燃烧室进口总压；

所述超限保护控制策略为：采用0.5倍的加速油给定值wfmacc进行供油。

本申请在加速控制策略中通过延迟给定油脱开加速线的时机，以及通过预退出策略不断修正加速线，使得在保证加速性满足指标要求的前提下，保证发动机过渡态性能。

附图说明

图1是本申请具有自刹车功能的加速过程控制方法的一优选实施例的流程图。

具体实施方式

为使本申请实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施方式中的附图，对本申请实施方式中的技术方案进行更加详细的描述。在附图中，自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。所描述的实施方式是本申请一部分实施方式，而不是全部的实施方式。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，旨在用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。基于本申请中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本申请保护的范围。下面结合附图对本申请的实施方式进行详细说明。

本申请提出了一种针对具有自刹车功能的加速过程控制方法，如图1所示，主要包括：

步骤S1、获取给定的高压转子转速与测量的实际工况下的高压转子转速，计算两者的差值Δn2，获取给定的低压转子转速、测量的实际工况下的低压转子转速，计算两者的差值Δn1；

步骤S2、若差值Δn2大于设定的第一门槛值，且发动机处于慢车及以上状态，则进入加速控制策略，所述加速控制策略是指通过PID控制算法计算出的给定油量wf_PID与根据加速油气比限制给出的加速油给定值wfmacc之间的低选控制策略；

步骤S3、若差值Δn2小于设定的第二门槛值，或者差值Δn1小于设定的第三门槛值，或者低压涡轮后排气温度的给定值与实测值的差值小于设定的第四门槛值，则进入预退出控制策略，所述预退出控制策略中，按照给定的修正系数对所述加速控制策略中的加速供油给定值进行修正，采用修正后的加速供油给定值执行加速控制策略。

本申请从两方面解决背景技术的问题：

1、延迟脱开加速油时机设计思路

由于发动机加速性时间计算方法一般为低压转子转速n1达到目标值，本申请设计加速供油逻辑时，给定发动机脱开加速油的时机为(n1控制计划值－△n1加速)、(nH控制计划值－△nH加速)和(T6控制计划值－△T6加速)中任意一个达到目标即脱开加速油控制，即步骤S3进入预退出控制策略的时机。实现加速油脱开时机后延，并可根据不同的工作环境进行相应调整。

2、保证过渡态指标设计思路

为了保证加速过程中过渡态指标满足要求，在达到加速油脱开时机后，通过使加速油量降低至能够使发动机减速的状态(按一定的比例系数进行降低，但需要保证发动机工作稳定)，同时检测发动机转速上升率，当转速上升率小于一定值时，退出至原控制方案，实现加速过程的“自刹车”作用。例如：经过对大量的试验和试飞数据统计，某型发动机稳态时PID控制计算燃油流量与加速油气比限制线计算的燃油流量比值一般在0.6～0.8左右。因此，在满足退出加速油脱开条件时，将加速油量系数根据控制参数与目标值的接近程度逐渐由1.0过渡至0.5，保证发动机平稳过渡。

该过程即为步骤S3，现有在满足退出加速油脱开条件时，直接采用非加速控制策略进行控制，本申请步骤S3仍沿用原加速控制策略进行控制，只不过该加速控制策略中的加速油气比限制线逐步下移，直至与正常的非加速控制策略中的加速油气比限制线重合，通过该过程，来逐步降低设计包线，保证发动机平稳过渡。

步骤S3中，预退出控制供油给定值按如下公式计算：

Wf＝min(wf_PID,k_wfmacc*wfmacc)

其中，wf_PID为现有技术中，根据差值Δn2，利用PID算法计算出来给定油量，k_wfmacc为修正系数。

在一些可选实施方式中，步骤S1中，给定的高压转子转速由驾驶员推动油门杆生成。

在一些可选实施方式中，步骤S2中，第一门槛值为实际工况下的高压转子转速的3％～5％中的任意值。

在一些可选实施方式中，步骤S3中，第二门槛值为实际工况下的高压转子转速的2％，第三门槛值为实际工况下的低压转子转速的1.5％，第四门槛值为8℃。

在一些可选实施方式中，步骤S3中，修正系数k_wfmacc为低压转子转速修正值kacc_n1、高压转子转速修正值kacc_n2与低压涡轮后排气温度修正值kacc_T6中的最小值，即：

k_wfmacc＝min(kacc_n1,kacc_n2,kacc_T6)

其中，

kacc_n1＝0.5-0.5*(n1-n1dem)/detn1xz

kacc_n2＝0.5-0.5*(n2-n2dem)/detn2xz

kacc_T6＝0.5-0.5*(T6-T6dem)/detT6xz

其中，n1为低压转子转速，n1dem为低压转子转速给定值，detn1xz为给定的低压转子转速变化阈值，n2为高压转子转速，n2dem为高压转子转速给定值，detn2xz为给定的高压转子转速变化阈值，T6为低压涡轮后排气温度，T6dem为低压涡轮后排气温度给定值，detT6xz为给定的低压涡轮后排气温度变化阈值。

在一些可选实施方式中，步骤S3之后，进一步包括：

步骤S4、若实测的高压转速上升率小于1％，则退出所述预退出控制策略。

在一些可选实施方式中，在进行步骤S2的加速控制策略以及步骤S3的预退出控制策略过程中，进一步包括执行超限保护控制策略，所述超限保护控制策略的进入时机为：

给定的高压转子转速不高于测量的实际工况下的高压转子转速；或者给定的低压转子转速不高于测量的实际工况下的低压转子转速；或者给定的低压涡轮后排气温度不高于测量的实际工况下的低压涡轮后排气温度；或者给定的点火状态燃烧室进口总压不高于测量的实际工况下的点火状态燃烧室进口总压，即：

a)n2dem≤n2

b)n1dem≤n1

c)T6dem≤T6

d)P31>P_31xz

所述超限保护控制策略为：采用0.5倍的加速油给定值wfmacc进行供油。即供油Wf＝0.5*wfmacc。

本专利提出了一种具有“自刹车”功能的加速过程控制方法。这种控制方法可以在保证发动机过渡态指标满足要求的前提下，有效的避免传统加速控制方法提前脱开加速油，解决加速性不能满足要求的问题。采用此控制算法后，可以减少发动机因加速性不合格而进行的调整试车，节约试车资源，并保证发动机能够顺利出厂。

以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (6)

1.一种具有自刹车功能的加速过程控制方法，其特征在于，包括：

步骤S1、获取给定的高压转子转速与测量的实际工况下的高压转子转速，计算两者的差值Δn2，获取给定的低压转子转速、测量的实际工况下的低压转子转速，计算两者的差值Δn1；

步骤S2、若差值Δn2大于设定的第一门槛值，且发动机处于慢车及以上状态，则进入加速控制策略，所述加速控制策略是指通过PID控制算法计算出的给定油量wf_PID与根据加速油气比限制给出的加速油给定值wfmacc之间的低选控制策略；

步骤S3、若差值Δn2小于设定的第二门槛值，或者差值Δn1小于设定的第三门槛值，或者低压涡轮后排气温度的给定值与实测值的差值小于设定的第四门槛值，则进入预退出控制策略，所述预退出控制策略中，按照给定的修正系数对所述加速控制策略中的加速供油给定值进行修正，采用修正后的加速供油给定值执行加速控制策略；

其中，修正系数k_wfmacc为低压转子转速修正值kacc_n1、高压转子转速修正值kacc_n2与低压涡轮后排气温度修正值kacc_T6中的最小值，即：

k_wfmacc＝min(kacc_n1,kacc_n2,kacc_T6)

其中，

kacc_n1＝0.5-0.5*(n1-n1dem)/detn1xz

kacc_n2＝0.5-0.5*(n2-n2dem)/detn2xz

kacc_T6＝0.5-0.5*(T6-T6dem)/detT6xz

其中，n1为低压转子转速，n1dem为低压转子转速给定值，detn1xz为给定的低压转子转速变化阈值，n2为高压转子转速，n2dem为高压转子转速给定值，detn2xz为给定的高压转子转速变化阈值，T6为低压涡轮后排气温度，T6dem为低压涡轮后排气温度给定值，detT6xz为给定的低压涡轮后排气温度变化阈值。

2.如权利要求1所述的具有自刹车功能的加速过程控制方法，其特征在于，步骤S1中，给定的高压转子转速由驾驶员推动油门杆生成。

3.如权利要求1所述的具有自刹车功能的加速过程控制方法，其特征在于，步骤S2中，第一门槛值为实际工况下的高压转子转速的3％～5％中的任意值。

4.如权利要求1所述的具有自刹车功能的加速过程控制方法，其特征在于，步骤S3中，第二门槛值为实际工况下的高压转子转速的2％，第三门槛值为实际工况下的低压转子转速的1.5％，第四门槛值为8℃。

5.如权利要求1所述的具有自刹车功能的加速过程控制方法，其特征在于，步骤S3之后，进一步包括：

步骤S4、若实测的高压转速上升率小于1％，则退出所述预退出控制策略。

6.如权利要求1所述的具有自刹车功能的加速过程控制方法，其特征在于，在进行步骤S2的加速控制策略以及步骤S3的预退出控制策略过程中，进一步包括执行超限保护控制策略，所述超限保护控制策略的进入时机为：

给定的高压转子转速不高于测量的实际工况下的高压转子转速；或者给定的低压转子转速不高于测量的实际工况下的低压转子转速；或者给定的低压涡轮后排气温度不高于测量的实际工况下的低压涡轮后排气温度；或者给定的点火状态燃烧室进口总压不高于测量的实际工况下的点火状态燃烧室进口总压；

所述超限保护控制策略为：采用0.5倍的加速油给定值wfmacc进行供油。

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