CN112879167B

CN112879167B - 发动机闭环控制系统及方法

Info

Publication number: CN112879167B
Application number: CN201911202229.2A
Authority: CN
Inventors: 张园锁; 吕晓武; 李运华; 杨梅菊
Original assignee: AECC Commercial Aircraft Engine Co Ltd
Current assignee: AECC Commercial Aircraft Engine Co Ltd
Priority date: 2019-11-29
Filing date: 2019-11-29
Publication date: 2022-01-28
Anticipated expiration: 2039-11-29
Also published as: CN112879167A

Abstract

本发明提供了一种发动机闭环控制系统，包括：信号处理器，配置为接收并处理机载传感器的发动机状态参数；参数限制管理器，配置为提供发动机运行参数限制量；第一系数调度器，配置为提供滑模参数；滑模参数限制控制器，配置为根据所述发动机状态参数、发动机运行参数限制量和滑模参数来计算滑模燃油量；以及全权限燃油控制量选择器，配置为参考所述滑模燃油量来选择燃油控制量，并输出燃油控制量指令信号至执行机构闭环控制器。

Description

发动机闭环控制系统及方法

技术领域

本发明主要涉及航空发动机领域，尤其涉及一种发动机闭环控制系统及方法。

背景技术

航空发动机的工程应用发展到全权限数字技术时代后，对发动机的安全运行保护等相关需求不断提高。例如，对于发动机动态运行过程中的关键参数保护，全球各大航空发动机生产商已相继投入大量的研发资源并逐渐实现产品化。

现有的发动机动态运行过程中的关键参数保护的控制规律主要有两种获取方式：一种是直接获取保证参数不超限的开环燃油控制规律。这种方式的特点是动态过程调节精度较低，且造成了动态特性的直接损失。另一种是制定闭环的参数变化率调节计划，通过参数变化率偏差获取闭环燃油控制规律。这种方式的特点是动态特性较好。

然而，由于闭环调节的控制系统集成难度较大，目前工程上主要采用获取开环燃油控制规律的方式来实现过渡态过程中的关键参数保护。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种发动机闭环控制系统，该发动机闭环控制系统可以解决过渡态过程中的关键参数保护的问题，提升了发动机运行的安全性。

本发明为解决上述技术问题而采用的技术方案是提供一种发动机闭环控制系统，包括：信号处理器，配置为接收并处理机载传感器的发动机状态参数；参数限制管理器，配置为提供发动机运行参数限制量；第一系数调度器，配置为提供滑模参数；滑模参数限制控制器，配置为根据所述发动机状态参数、发动机运行参数限制量和滑模参数来计算滑模燃油量；以及全权限燃油控制量选择器，配置为参考所述滑模燃油量来选择燃油控制量，并输出燃油控制量指令信号至执行机构闭环控制器。

在本发明的一实施例中，还包括：过渡态控制器，配置为提供过渡态加减速燃油；推力管理器，配置为提供控制目标参数；以及稳态闭环控制器，配置为根据所述控制目标参数计算稳态燃油；其中，所述全权限燃油控制量选择器配置为参考所述滑模燃油量、所述过渡态加减速燃油和所述稳态燃油来选择所述燃油控制量。

在本发明的一实施例中，所述滑模参数限制控制器计算所述滑模燃油量的步骤包括：根据所述发动机状态参数和所述发动机运行参数限制量来计算滑模量；根据所述滑模量和所述滑模参数来计算滑模控制量；以及根据所述滑模控制量来计算所述滑模燃油量。

在本发明的一实施例中，还包括：第二系数调度器，配置为提供比例积分参数；比例积分参数限制控制器，配置为根据所述发动机状态参数、发动机运行参数限制量和比例积分参数来计算比例积分燃油量；以及参数限制燃油控制量选择器，配置为根据所述滑模燃油量和所述比例积分燃油量来确定参数限制燃油控制量；其中，所述全权限燃油控制量选择器配置为参考所述参数限制燃油控制量来选择所述燃油控制量。

在本发明的一实施例中，还包括：第二系数调度器，配置为提供比例积分参数；比例积分参数限制控制器，配置为根据所述发动机状态参数、发动机运行参数限制量和比例积分参数来计算比例积分燃油量；以及参数限制燃油控制量选择器，配置为根据所述滑模燃油量和所述比例积分燃油量来确定参数限制燃油控制量；其中，所述全权限燃油控制量选择器配置为参考所述参数限制燃油控制量、所述过渡态加减速燃油和所述稳态燃油来选择所述燃油控制量。

在本发明的一实施例中，还包括故障诊断器，所述故障诊断器配置为输出故障信息，所述参数限制燃油控制量选择器配置为根据所述滑模燃油量、所述比例积分燃油量和所述故障信息来确定所述参数限制燃油控制量。

在本发明的一实施例中，所述执行机构闭环控制器配置为接收所述信号处理器提供的实际位置信号，并将所述燃油控制量指令信号转换为期望位置信号，根据所述实际位置信号和所述期望位置信号来计算控制电流量。

本发明的另一方面提供一种发动机闭环控制方法，包括以下步骤：接收并处理发动机状态参数；提供发动机运行参数限制量；提供滑模参数；根据所述发动机状态参数、发动机运行参数限制量和滑模参数来计算滑模燃油量；以及参考所述滑模燃油量来选择燃油控制量，并输出燃油控制量指令信号。

在本发明的一实施例中，还包括：提供过渡态加减速燃油；提供控制目标参数；以及根据所述控制目标参数计算稳态燃油；其中，参考所述滑模燃油量、所述过渡态加减速燃油和所述稳态燃油来选择所述燃油控制量。

在本发明的一实施例中，计算所述滑模燃油量的步骤包括：根据所述发动机状态参数和所述发动机运行参数限制量来计算滑模量；根据所述滑模量和所述滑模参数来计算滑模控制量；以及根据所述滑模控制量来计算所述滑模燃油量。

在本发明的一实施例中，还包括：提供比例积分参数；根据所述发动机状态参数、发动机运行参数限制量和比例积分参数来计算比例积分燃油量；以及根据所述滑模燃油量和所述比例积分燃油量来确定参数限制燃油控制量；其中，参考所述参数限制燃油控制量来选择所述燃油控制量。

在本发明的一实施例中，还包括：提供比例积分参数；根据所述发动机状态参数、发动机运行参数限制量和比例积分参数来计算比例积分燃油量；以及根据所述滑模燃油量和所述比例积分燃油量来确定参数限制燃油控制量；其中，参考所述参数限制燃油控制量、所述过渡态加减速燃油和所述稳态燃油来选择所述燃油控制量。

在本发明的一实施例中，还包括输出故障信息，根据所述滑模燃油量、所述比例积分燃油量和所述故障信息来确定所述参数限制燃油控制量。

在本发明的一实施例中，还包括接收实际位置信号，并将所述燃油控制量指令信号转换为期望位置信号，根据所述实际位置信号和所述期望位置信号来计算控制电流量。

本发明的另一方面提供一种发动机闭环控制系统，包括：存储器，用于存储可由处理器执行的指令；以及处理器，用于执行所述指令以实现如上所述的方法。

本发明与现有技术相比，本发明具有以下优点：

本发明的发动机闭环控制系统包括了滑模参数限制控制器，滑模参数限制控制器可以根据发动机状态参数、发动机运行参数限制量和滑模参数来计算滑模燃油量，从而实现发动机过渡态过程中的参数限制。本发明的发动机闭环控制系统可以提高过渡态过程中发动机运行的动态特性，提升了发动机运行的安全性。

附图说明

包括附图是为提供对本申请进一步的理解，它们被收录并构成本申请的一部分，附图示出了本申请的实施例，并与本说明书一起起到解释本发明原理的作用。附图中：

图1是本发明一实施例的一种发动机闭环控制器的实施环境示意图；

图2是本发明一实施例的一种发动机闭环控制系统的结构示意图；

图3是本发明一实施例的一种发动机闭环控制系统的滑模参数限制控制器的示意图；

图4是本发明一实施例的另一种发动机闭环控制系统的结构示意图；

图5是本发明一实施例的另一种发动机闭环控制系统的参数限制控制量选择器的示意图；

图6是本发明一实施例的一种发动机闭环控制方法的流程图；

图7是本发明一实施例的一种发动机闭环控制系统的架构图。

图中元件标号说明：

10：发动机闭环控制系统

11：发动机闭环控制器

12：机载传感器

13：执行机构

14：发动机

15：飞机硬线信号

16：飞机总线信号

110：信号处理器

120：参数限制管理器

130：第一系数调度器

140：滑模参数限制控制器

150：全权限燃油控制量选择器

160：执行机构闭环控制器

170：过渡态控制器

180：推力管理器

190：稳态闭环控制器

200：第二系数调度器

210：比例积分参数限制控制器

220：参数限制燃油控制量选择器

230：故障诊断器

610～650：步骤

710：存储器

720：处理器

730：通信端口

740：输入/输出设备

具体实施方式

为了更清楚地说明本申请的实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单的介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些示例或实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图将本申请应用于其他类似情景。除非从语言环境中显而易见或另做说明，图中相同标号代表相同结构或操作。

如本申请和权利要求书中所示，除非上下文明确提示例外情形，“一”、“一个”、“一种”和/或“该”等词并非特指单数，也可包括复数。一般说来，术语“包括”与“包含”仅提示包括已明确标识的步骤和元素，而这些步骤和元素不构成一个排它性的罗列，方法或者设备也可能包含其他的步骤或元素。

除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本申请的范围。同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

在详述本发明实施例时，为便于说明，表示器件结构的剖面图会不依一般比例作局部放大，而且所述示意图只是示例，其在此不应限制本发明保护的范围。此外，在实际制作中应包含长度、宽度及深度的三维空间尺寸。

在本申请的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请保护范围的限制；方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。

为了方便描述，此处可能使用诸如“之下”、“下方”、“低于”、“下面”、“上方”、“上”等等的空间关系词语来描述附图中所示的一个元件或特征与其他元件或特征的关系。将理解到，这些空间关系词语意图包含使用中或操作中的器件的、除了附图中描绘的方向之外的其他方向。例如，如果翻转附图中的器件，则被描述为在其他元件或特征“下方”或“之下”或“下面”的元件的方向将改为在所述其他元件或特征的“上方”。因而，示例性的词语“下方”和“下面”能够包含上和下两个方向。器件也可能具有其他朝向(旋转90度或处于其他方向)，因此应相应地解释此处使用的空间关系描述词。此外，还将理解，当一层被称为在两层“之间”时，它可以是所述两层之间仅有的层，或者也可以存在一个或多个介于其间的层。

在本申请的上下文中，所描述的第一特征在第二特征之“上”的结构可以包括第一和第二特征形成为直接接触的实施例，也可以包括另外的特征形成在第一和第二特征之间的实施例，这样第一和第二特征可能不是直接接触。

应当理解，当一个部件被称为“在另一个部件上”、“连接到另一个部件”、“耦合于另一个部件”或“接触另一个部件”时，它可以直接在该另一个部件之上、连接于或耦合于、或接触该另一个部件，或者可以存在插入部件。相比之下，当一个部件被称为“直接在另一个部件上”、“直接连接于”、“直接耦合于”或“直接接触”另一个部件时，不存在插入部件。同样的，当第一个部件被称为“电接触”或“电耦合于”第二个部件，在该第一部件和该第二部件之间存在允许电流流动的电路径。该电路径可以包括电容器、耦合的电感器和/或允许电流流动的其它部件，甚至在导电部件之间没有直接接触。

此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本申请保护范围的限制。此外，尽管本申请中所使用的术语是从公知公用的术语中选择的，但是本申请说明书中所提及的一些术语可能是申请人按他或她的判断来选择的，其详细含义在本文的描述的相关部分中说明。此外，要求不仅仅通过所使用的实际术语，而是还要通过每个术语所蕴含的意义来理解本申请。

本发明的以下实施例提供一种发动机闭环控制系统，该发动机闭环控制系统可以解决过渡态过程中的关键参数保护的问题，提升了发动机运行的安全性。

可以理解的是，下面所进行的描述仅仅示例性的，本领域技术人员可以在不脱离本发明的精神的情况下，进行各种变化。

图1是本发明一实施例的一种发动机闭环控制器的实施环境示意图。参考图1所示，系统1包括发动机闭环控制器11、机载传感器12、执行机构13、发动机14、飞机硬线信号15以及飞机总线信号16。发动机闭环控制器11通过机载传感器12接收并处理发动机14提供的信号(例如发动机状态参数)。发动机闭环控制器11还可以接收并处理飞机硬线信号15、飞机总线信号16以及执行机构13提供的信号。执行机构13接收并处理发动机闭环控制器11提供的信号，并根据该信号控制发动机14的状态。

图2是本发明一实施例的一种发动机闭环控制系统的结构示意图。下面结合图1和图2对该发动机闭环控制系统10进行说明。图2所示的发动机闭环控制系统10可以在图1所示的发动机闭环控制器11中实施，但本发明不以此为限。

参考图1和图2所示，发动机闭环控制系统10包括信号处理器110、参数限制管理器120、第一系数调度器130、滑模参数限制控制器140以及全权限燃油控制量选择器150。

其中，信号处理器110配置为接收并处理机载传感器12的发动机状态参数。参数限制管理器120配置为提供发动机运行参数限制量。第一系数调度器130配置为提供滑模参数(Yita,Sigma)。滑模参数限制控制器140配置为根据发动机状态参数、发动机运行参数限制量和滑模参数(Yita,Sigma)来计算滑模燃油量WfPL_SM。全权限燃油控制量选择器150配置为参考滑模燃油量WfPL_SM来选择燃油控制量，并输出燃油控制量指令信号WfCmd至执行机构闭环控制器160。

在图2所示的一个示例中，执行机构闭环控制器160还可以输出控制电流量I_act至执行机构(图未示)。信号处理器110还可以配置为接收并处理飞机硬线信号15、飞机总线信号16以及执行机构13提供的信号，但本发明并非以此为限。

可以理解，发动机状态参数包括但不限于涡扇发动机低压轴转速N1、涡扇发动机高压轴转速N2、高压压气机入口总温T25、高压压气机出口总温T3、高压压气机出口静压Ps3、涡轮排气温度EGT以及涡扇发动机高压转子换算转速N2r25等。

发动机运行参数限制量可以包括高压压气机出口静压最大限制值Ps3Max、高压压气机出口静压最大限制值Ps3Min、高压压气机出口总温最大限制值T3Max、涡轮排气温度最大限制值EGTMax以及涡扇发动机高压轴转速最大限制值N2Max等，本发明并非以此为限。

示例性的，第一系数调度器130可以根据信号处理器110提供的涡扇发动机高压转子换算转速信号N2r25计算出滑模参数(Yita,Sigma)。优选的，第一系数调度器130可以基于离线计算的滑模参数限制控制器140中的系统变化表计算出滑模参数(Yita,Sigma)。在本发明的一些示例中，滑模参数(Yita,Sigma)还可以通过试验获得。

在图2所示的一个示例中，滑模参数限制控制器140根据发动机状态参数(T25、T3、Ps3、EGT和N2)、发动机运行参数限制量(Ps3Max、Ps3Min、T3Max、EGTMax和N2Max)以及滑模参数(Yita,Sigma)来计算滑模燃油量WfPL_SM，并输出滑模燃油量WfPL_SM至全权限燃油控制量选择器150。

在本发明的一实施例中，上述发动机闭环控制系统10的执行机构闭环控制器160配置为接收信号处理器110提供的实际位置信号Lactfbk，并将燃油控制量指令信号WfCmd转换为期望位置信号Lactdmd，根据实际位置信号Lactfbk和期望位置信号Lactdmd来计算控制电流量I_act。

示例性的，执行机构闭环控制器160可以根据实际位置信号Lactfbk和期望位置信号Lactdmd的偏差来计算控制电流量I_act。

参考图2所示，在本发明的一实施例中，上述发动机闭环控制系统10还包括过渡态控制器170、推力管理器180和稳态闭环控制器190。

过渡态控制器170配置为提供过渡态加减速燃油(WfAcc和WfDec)。推力管理器180配置为提供控制目标参数(N2Cmd和N1Cmd)。稳态闭环控制器190配置为根据控制目标参数(N2Cmd和N1Cmd)计算稳态燃油WfSteady。其中，全权限燃油控制量选择器150配置为参考滑模燃油量WfPL_SM、过渡态加减速燃油(WfAcc和WfDec)和稳态燃油WfSteady来选择燃油控制量。

控制目标参数(N2Cmd和N1Cmd)包括但不限于涡扇发动机低压轴转速目标控制转速N1Cmd以及涡扇发动机高压轴转速目标控制转速N2Cmd。

在一些示例中，过渡态控制器170可以根据涡扇发动机高压转子换算转速N2r25来计算过渡态加减速燃油(WfAcc和WfDec)。在另一些示例中，过渡态控制器170还可以根据N2dot对过渡态加减速燃油(WfAcc和WfDec)进行微调和/或修正。其中，N2dot表示涡扇发动机高压轴转速N2的变化率。

在本发明的一实施例中，稳态闭环控制器190还接收信号处理器110提供的涡扇发动机低压轴转速N1、涡扇发动机高压轴转速N2，并根据推力管理器180提供的控制目标参数(N2Cmd和N1Cmd)来计算稳态燃油WfSteady。

在本发明的一实施例中，滑模参数限制控制器140计算滑模燃油量WfPL_SM的步骤包括：根据发动机状态参数(T25、T3、Ps3、EGT和N2)和发动机运行参数限制量(Ps3Max、Ps3Min、T3Max、EGTMax和N2Max)来计算滑模量；根据滑模量和滑模参数(Yita,Sigma)来计算滑模控制量；以及根据滑模控制量来计算滑模燃油量WfPL_SM。

图3是本发明一实施例的一种发动机闭环控制系统的滑模参数限制控制器的示意图。下面结合图3对滑模参数限制控制器140计算滑模燃油量WfPL_SM的步骤进行说明。

首先，根据发动机状态参数(T25、T3、Ps3、EGT和N2)和发动机运行参数限制量(Ps3Max、Ps3Min、T3Max、EGTMax和N2Max)来计算滑模量：

S_Ps3Max＝Ps3–Ps3Max (1)

S_Ps3Min＝Ps3–Ps3Min (2)

S_T3Max＝T3–T3Max (3)

S_EGTMax＝EGT–EGTMax (4)

S_N2Max＝N2–N2Max (5)

其中，Ps3表示高压压气机出口静压，T3表示高压压气机出口总温，EGT表示涡轮排气温度，N2表示涡扇发动机高压轴转速，Ps3Max表示高压压气机出口静压最大限制值，Ps3Min表示高压压气机出口静压最大限制值，T3Max表示高压压气机出口总温最大限制值，EGTMax表示涡轮排气温度最大限制值，N2Max表示涡扇发动机高压轴转速最大限制值，S_Ps3Max、S_Ps3Min、S_T3Max、S_EGTMax和S_N2Max分别表示滑模量。

根据滑模量和滑模参数(Yita,Sigma)来计算滑模控制量：

其中，S_i分别表示滑模量：S_Ps3Max、S_Ps3Min、S_T3Max、S_EGTMax或S_N2Max，U_ri分别表示与S_i对应的滑模控制量：Ur_Ps3Max、Ur_Ps3Min、Ur_T3Max、Ur_EGTMax或Ur_N2Max，Θ_i分别表示与S_i对应的边界层厚度滑模系数，η_i分别表示与S_i对应的切换增益滑模系数，K_i分别表示与S_i对应的状态反馈的增益系数。示例性的，状态反馈的增益系数K_i可以基于离线计算或通过试验获得。

根据滑模控制量来计算滑模燃油量WfPL_SM：

Wf_i＝∫U_ri (7)

其中，U_ri分别表示与S_i对应的滑模控制量：Ur_Ps3Max、Ur_Ps3Min、Ur_T3Max、Ur_EGTMax或Ur_N2Max，Wf_i分别表示与S_i对应的滑模燃油成员变量：Wf_S_Ps3Max、Wf_S_Ps3Min、Wf_S_T3Max、Wf_S_EGTMax或Wf_S_N2Max。

将滑模燃油成员变量：Wf_S_Ps3Max、Wf_S_Ps3Min、Wf_S_T3Max、Wf_S_EGTMax和Wf_S_N2Max组合即得到滑模燃油量WfPL_SM。

相比于现有的发动机闭环控制系统，本发明的发动机闭环控制系统20的滑模参数限制控制器140采用了基于滑模理论的滑模参数限制算法(EKF)进行发动机过渡态的闭环调节保护，从而可以实现在过渡态过程开始即主控，避免了比例积分参数限制控制器210在接近目标稳态时才起作用的缺点，同时还避免了被控参数变化率闭环算法所需的控制期望设计的困难。

图4是本发明一实施例的另一种发动机闭环控制系统的结构示意图。应当理解，图4所示的发动机闭环控制系统20可以在图1所示的发动机闭环控制器11中实施，但本发明不以此为限。

参考图1和图4所示，该发动机闭环控制系统20包括信号处理器110、参数限制管理器120、第一系数调度器130、滑模参数限制控制器140、全权限燃油控制量选择器150、执行机构闭环控制器160、过渡态控制器170、推力管理器180、稳态闭环控制器190以及第二系数调度器200、比例积分参数限制控制器210和参数限制燃油控制量选择器220。

滑模参数限制控制器140计算滑模燃油量WfPL_SM的具体步骤可以参考图1至图3所示的实施例，在此不再展开。

参考图4所示，第二系数调度器200配置为提供比例积分参数(Kp,Ki)。比例积分参数限制控制器210配置为根据发动机状态参数、发动机运行参数限制量和比例积分参数(Kp,Ki)来计算比例积分燃油量WfPL_PI。参数限制燃油控制量选择器220配置为根据滑模燃油量WfPL_SM和比例积分燃油量WfPL_PI来确定参数限制燃油控制量WfPL。其中，全权限燃油控制量选择器150配置为参考参数限制燃油控制量WfPL来选择燃油控制量。

示例性的，第二系数调度器200可以根据信号处理器110提供的涡扇发动机高压转子换算转速信号N2r25计算出比例积分参数(Kp,Ki)。优选的，第二系数调度器200可以基于离线计算出比例积分参数(Kp,Ki)。在本发明的一些示例中，比例积分参数(Kp,Ki)还可以通过试验获得。

在图4所示的一个示例中，比例积分参数限制控制器210根据发动机状态参数(T25、T3、Ps3、EGT和N2)、发动机运行参数限制量(Ps3Max、Ps3Min、T3Max、EGTMax和N2Max)以及比例积分参数(Kp,Ki)来计算比例积分燃油量WfPL_PI，并输出比例积分燃油量WfPL_PI至参数限制燃油控制量选择器220。

在本发明的一实施例中，比例积分燃油量WfPL_PI还可以包括多个比例积分燃油成员变量：Wf_PI_Ps3Max、Wf_PI_Ps3Min、Wf_PI_T3Max、Wf_PI_EGTMax和Wf_PI_N2Max。比例积分燃油量WfPL_PI的具体计算方法在此不再展开。

参考图4所示，在本发明的一实施例中，上述发动机闭环控制系统20还包括故障诊断器230，故障诊断器230配置为输出故障信息Stratgy。参数限制燃油控制量选择器220配置为根据滑模燃油量WfPL_SM、比例积分燃油量WfPL_PI和故障信息Stratgy来确定参数限制燃油控制量WfPL。

在一些示例中，参数限制燃油控制量选择器220还可以将故障信息Stratgy转换为控制策略SL_Stratgy，并根据控制策略SL_Stratgy来确定参数限制燃油控制量WfPL。

图5是本发明一实施例的另一种发动机闭环控制系统的参数限制控制量选择器的示意图。参考图5所示，参数限制燃油控制量选择器220根据滑模参数限制控制器140计算出的滑模燃油量WfPL_SM、比例积分参数限制控制器210计算出的比例积分燃油量WfPL_PI以及故障诊断器230输出的故障信息Stratgy来确定参数限制燃油控制量WfPL。全权限燃油控制量选择器150根据参数限制燃油控制量选择器220提供的参数限制燃油控制量WfPL来选择燃油控制量。

在本发明的一实施例中，全权限燃油控制量选择器150还可以根据参数限制燃油控制量选择器220提供的参数限制燃油控制量WfPL、过渡态加减速燃油(WfAcc和WfDec)以及稳态燃油WfSteady来选择燃油控制量，并输出燃油控制量指令信号WfCmd至执行机构闭环控制器160。

在一些示例中，全权限燃油控制量选择器150还可以参考故障诊断器230输出的故障信息Stratgy，并根据高低选规律来进行燃油控制量的选择，但本发明并非以此为限。

本实施例的发动机闭环控制系统20的其他实施细节可参考图1至图3所描述的实施例，在此不再展开。本领域技术人员可以根据实际需要对本实施例的发动机闭环控制系统20做出相应的调整，本发明对其具体结构并不加以限制。

本发明的以上实施例提出了一种发动机闭环控制系统，该发动机闭环控制系统可以解决过渡态过程中的关键参数保护的问题，提升了发动机运行的安全性。

本发明的另一方面提出一种发动机闭环控制方法，该发动机闭环控制方法可以解决过渡态过程中的关键参数保护的问题，提升了发动机运行的安全性。

图6是本发明一实施例的一种发动机闭环控制方法的流程图。本发明的发动机闭环控制方法可以在例如图2或图4所示的发动机闭环控制系统10或发动机闭环控制系统20或其变化例中来实现，但本发明并不以此为限。

参考图6所示，该发动机闭环控制方法包括以下步骤：

步骤610，接收并处理发动机状态参数。

参考图1和、图2和图4所示，发动机闭环控制系统10或发动机闭环控制系统20包括信号处理器110、参数限制管理器120、第一系数调度器130、滑模参数限制控制器140以及全权限燃油控制量选择器150。其中，信号处理器110配置为接收并处理机载传感器12的发动机状态参数。

步骤620，提供发动机运行参数限制量。

参考图2和图4所示，发动机闭环控制系统10或发动机闭环控制系统20的参数限制管理器120配置为提供发动机运行参数限制量。

步骤630，提供滑模参数。

参考图2和图4所示，发动机闭环控制系统10或发动机闭环控制系统20的第一系数调度器130配置为提供滑模参数(Yita,Sigma)。

步骤640，根据发动机状态参数、发动机运行参数限制量和滑模参数来计算滑模燃油量。

参考图2和图4所示，发动机闭环控制系统10或发动机闭环控制系统20的滑模参数限制控制器140配置为根据发动机状态参数、发动机运行参数限制量和滑模参数(Yita,Sigma)来计算滑模燃油量WfPL_SM。

在本发明的一实施例中，计算滑模燃油量WfPL_SM的步骤包括：根据发动机状态参数(T25、T3、Ps3、EGT和N2)和发动机运行参数限制量(Ps3Max、Ps3Min、T3Max、EGTMax和N2Max)来计算滑模量；根据滑模量和滑模参数(Yita,Sigma)来计算滑模控制量；以及根据滑模控制量来计算滑模燃油量WfPL_SM。

步骤650，参考滑模燃油量来选择燃油控制量，并输出燃油控制量指令信号。

参考图2所示，发动机闭环控制系统10的全权限燃油控制量选择器150配置为参考滑模燃油量WfPL_SM来选择燃油控制量，并输出燃油控制量指令信号WfCmd至执行机构闭环控制器160。

在图2所示的一个示例中，执行机构闭环控制器160还可以输出控制电流量I_act至执行机构(图未示)。

在本发明的一实施例中，上述发动机闭环控制方法还包括接收实际位置信号Lactfbk，并将燃油控制量指令信号WfCmd转换为期望位置信号Lactdmd，根据实际位置信号Lactfbk和期望位置信号Lactdmd来计算控制电流量I_act。

在本发明的一实施例中，上述发动机闭环控制方法还包括：提供过渡态加减速燃油(WfAcc和WfDec)；提供控制目标参数(N2Cmd和N1Cmd)；以及根据控制目标参数(N2Cmd和N1Cmd)计算稳态燃油WfSteady；其中，参考滑模燃油量WfPL_SM、过渡态加减速燃油(WfAcc和WfDec)和稳态燃油WfSteady来选择燃油控制量。

在本发明的一实施例中，上述发动机闭环控制方法还包括：提供比例积分参数(Kp,Ki)；根据发动机状态参数、发动机运行参数限制量和比例积分参数(Kp,Ki)来计算比例积分燃油量WfPL_PI；以及根据滑模燃油量WfPL_SM和比例积分燃油量WfPL_PI来确定参数限制燃油控制量WfPL；其中，参考参数限制燃油控制量WfPL来选择燃油控制量。

在本发明的一实施例中，还可以参考参数限制燃油控制量WfPL、过渡态加减速燃油(WfAcc和WfDec)和稳态燃油WfSteady来选择燃油控制量。

在本发明的一实施例中，上述发动机闭环控制方法还包括输出故障信息Stratgy，根据滑模燃油量WfPL_SM、比例积分燃油量WfPL_PI和故障信息Stratgy来确定参数限制燃油控制量WfPL。

应当注意，以上的实施例使用了图6所示的流程图来说明根据本申请的实施例的方法所执行的步骤/操作。应当理解的是，以上步骤/操作不一定按照顺序来精确地执行，而是可以改变顺序或同时处理各种步骤/操作。同时，或将其他步骤/操作添加到这些步骤/操作中，或从这些步骤/操作移除某一步或数步。本领域技术人员可以根据实际需要对方法的确定选择的步骤的优先顺序做出相应的调整，本发明并非以此为限。

本实施例的发动机闭环控制方法的其他实施细节可参考图1至图5所描述的实施例，在此不再展开。

本发明的以上实施例提出了一种发动机闭环控制方法，该发动机闭环控制方法可以解决过渡态过程中的关键参数保护的问题，提升了发动机运行的安全性。

本发明的另一方面提出一种发动机闭环控制系统，该发动机闭环控制系统可以解决过渡态过程中的关键参数保护的问题，提升了发动机运行的安全性。

图7是本发明一实施例的一种发动机闭环控制系统的架构图。参考图7所示，该发动机闭环控制系统700包括存储器710和处理器720。

存储器710用于存储可由处理器执行的指令。处理器720用于执行指令以实现上述发动机闭环控制方法。

存储器710可以是内部存储器也可以是外部存储器，还可以是通过网络与发动机闭环控制系统700连接的云存储设备。本发明对存储器710的具体形态、布置方式并不加以限制。

类似的，处理器720可以是发动机闭环控制系统700中的一个单元，也可以是通过网络与发动机闭环控制系统700连接的云计算设备。本发明对处理器720的具体形态、布置方式并不加以限制。

在本发明的一实施例中，发动机闭环控制系统700还包括通信端口730、输入/输出设备740以及内部通信总线750。

通信端口730负责发动机闭环控制系统700与外部设备(图未示)之间的数据通信。输入/输出设备740可以支持发动机闭环控制系统700与其他部件之间的输入/输出数据流。作为举例，输入/输出设备740可以包括以下的部件的一种或多种：键盘、鼠标、摄像头、显示器、扫描仪、触摸屏、手写输入板和麦克风等输入设备或上述的任意组合。输入/输出设备740既可以将各种数值型的数据，也可以将各种非数值型的数据，如图形、影像、声音等输入到发动机闭环控制系统700中。内部通信总线750可以实现发动机闭环控制系统700中各部件/单元之间的数据通信。

在本发明的一实施例中，上述发动机闭环控制方法可以在例如图7所示的发动机闭环控制系统700或其变化例中来实现，但本发明并不以此为限。

可以理解，上述发动机闭环控制方法并不限于由一个发动机闭环控制系统700实施，而是可以由多个联机的发动机闭环控制系统700协同实施。联机的发动机闭环控制系统700可以通过局域网或者广域网连接和通信。

本实施例的发动机闭环控制系统700的其他实施细节可参考图1至图6所描述的实施例，在此不再展开。

举例来说，本申请的一种发动机闭环控制方法可以实施为一种发动机闭环控制方法的程序，保存在存储器710中，并可加载到处理器720中执行，以实施本申请的发动机闭环控制方法。

本申请的一种发动机闭环控制方法实施为计算机程序时，也可以存储在有计算机程序代码的计算机可读介质中作为制品。例如，计算机可读存储介质可以包括但不限于磁存储设备(例如，硬盘、软盘、磁条)、光盘(例如，压缩盘(CD)、数字多功能盘(DVD))、智能卡和闪存设备(例如，电可擦除可编程只读存储器(EPROM)、卡、棒、键驱动)。此外，本文描述的各种存储介质能代表用于存储信息的一个或多个设备和/或其它机器可读介质。术语“机器可读介质”可以包括但不限于能存储、包含和/或承载代码和/或指令和/或数据的无线信道和各种其它介质(和/或存储介质)。

上文已对基本概念做了描述，显然，对于本领域技术人员来说，上述发明披露仅仅作为示例，而并不构成对本申请的限定。虽然此处并没有明确说明，本领域技术人员可能会对本申请进行各种修改、改进和修正。该类修改、改进和修正在本申请中被建议，所以该类修改、改进、修正仍属于本申请示范实施例的精神和范围。

同时，本申请使用了特定词语来描述本申请的实施例。如“一个实施例”、“一实施例”、和/或“一些实施例”意指与本申请至少一个实施例相关的某一特征、结构或特点。因此，应强调并注意的是，本说明书中在不同位置两次或多次提及的“一实施例”或“一个实施例”或“一替代性实施例”并不一定是指同一实施例。此外，本申请的一个或多个实施例中的某些特征、结构或特点可以进行适当的组合。

此外，除非权利要求中明确说明，本申请所述处理元素和序列的顺序、数字字母的使用、或其他名称的使用，并非用于限定本申请流程和方法的顺序。尽管上述披露中通过各种示例讨论了一些目前认为有用的发明实施例，但应当理解的是，该类细节仅起到说明的目的，附加的权利要求并不仅限于披露的实施例，相反，权利要求旨在覆盖所有符合本申请实施例实质和范围的修正和等价组合。例如，虽然以上所描述的系统组件可以通过硬件设备实现，但是也可以只通过软件的解决方案得以实现，如在现有的服务器或移动设备上安装所描述的系统。

本申请的一些方面可以完全由硬件执行、可以完全由软件(包括固件、常驻软件、微码等)执行、也可以由硬件和软件组合执行。以上硬件或软件均可被称为“数据块”、“模块”、“引擎”、“单元”、“组件”或“系统”。处理器可以是一个或多个专用集成电路(ASIC)、数字信号处理器(DSP)、数字信号处理器件(DAPD)、可编程逻辑器件(PLD)、现场可编程门阵列(FPGA)、处理器、控制器、微控制器、微处理器或者其组合。此外，本申请的各方面可能表现为位于一个或多个计算机可读介质中的计算机产品，该产品包括计算机可读程序编码。例如，计算机可读介质可包括，但不限于，磁性存储设备(例如，硬盘、软盘、磁带……)、光盘(例如，压缩盘CD、数字多功能盘DVD……)、智能卡以及闪存设备(例如，卡、棒、键驱动器……)。

计算机可读介质可能包含一个内含有计算机程序编码的传播数据信号，例如在基带上或作为载波的一部分。该传播信号可能有多种表现形式，包括电磁形式、光形式等等、或合适的组合形式。计算机可读介质可以是除计算机可读存储介质之外的任何计算机可读介质，该介质可以通过连接至一个指令执行系统、装置或设备以实现通讯、传播或传输供使用的程序。位于计算机可读介质上的程序编码可以通过任何合适的介质进行传播，包括无线电、电缆、光纤电缆、射频信号、或类似介质、或任何上述介质的组合。

同理，应当注意的是，为了简化本申请披露的表述，从而帮助对一个或多个发明实施例的理解，前文对本申请实施例的描述中，有时会将多种特征归并至一个实施例、附图或对其的描述中。但是，这种披露方法并不意味着本申请对象所需要的特征比权利要求中提及的特征多。实际上，实施例的特征要少于上述披露的单个实施例的全部特征。

一些实施例中使用了描述成分、属性数量的数字，应当理解的是，此类用于实施例描述的数字，在一些示例中使用了修饰词“大约”、“近似”或“大体上”来修饰。除非另外说明，“大约”、“近似”或“大体上”表明所述数字允许有±20％的变化。相应地，在一些实施例中，说明书和权利要求中使用的数值参数均为近似值，该近似值根据个别实施例所需特点可以发生改变。在一些实施例中，数值参数应考虑规定的有效数位并采用一般位数保留的方法。尽管本申请一些实施例中用于确认其范围广度的数值域和参数为近似值，在具体实施例中，此类数值的设定在可行范围内尽可能精确。

虽然本申请已参照当前的具体实施例来描述，但是本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本申请，在没有脱离本申请精神的情况下还可作出各种等效的变化或替换，因此，只要在本申请的实质精神范围内对上述实施例的变化、变型都将落在本申请的权利要求书的范围内。

Claims

1.一种发动机闭环控制系统，包括：

信号处理器，配置为接收并处理机载传感器的发动机状态参数；

参数限制管理器，配置为提供发动机运行参数限制量；

第一系数调度器，配置为提供滑模参数；

滑模参数限制控制器，配置为根据所述发动机状态参数、发动机运行参数限制量和滑模参数来计算滑模燃油量；

第二系数调度器，配置为提供比例积分参数；

比例积分参数限制控制器，配置为根据所述发动机状态参数、发动机运行参数限制量和比例积分参数来计算比例积分燃油量；以及

参数限制燃油控制量选择器，配置为根据所述滑模燃油量和所述比例积分燃油量来确定参数限制燃油控制量；

全权限燃油控制量选择器，配置为参考所述参数限制燃油控制量来选择所述燃油控制量，并输出燃油控制量指令信号至执行机构闭环控制器。

2.如权利要求1所述的发动机闭环控制系统，其特征在于，还包括：

过渡态控制器，配置为提供过渡态加减速燃油；

推力管理器，配置为提供控制目标参数；以及

稳态闭环控制器，配置为根据所述控制目标参数计算稳态燃油；

其中，所述全权限燃油控制量选择器配置为参考参数限制燃油控制量、所述过渡态加减速燃油和所述稳态燃油来选择所述燃油控制量。

3.如权利要求1或2所述的发动机闭环控制系统，其特征在于，所述滑模参数限制控制器计算所述滑模燃油量的步骤包括：

根据所述发动机状态参数和所述发动机运行参数限制量来计算滑模量；

根据所述滑模量和所述滑模参数来计算滑模控制量；以及

根据所述滑模控制量来计算所述滑模燃油量。

4.如权利要求1所述的发动机闭环控制系统，其特征在于，还包括故障诊断器，所述故障诊断器配置为输出故障信息，所述参数限制燃油控制量选择器配置为根据所述滑模燃油量、所述比例积分燃油量和所述故障信息来确定所述参数限制燃油控制量。

5.如权利要求1所述的发动机闭环控制系统，其特征在于，所述执行机构闭环控制器配置为接收所述信号处理器提供的实际位置信号，并将所述燃油控制量指令信号转换为期望位置信号，根据所述实际位置信号和所述期望位置信号来计算控制电流量。

6.一种发动机闭环控制方法，包括以下步骤：

接收并处理发动机状态参数；

提供发动机运行参数限制量；

提供滑模参数；

根据所述发动机状态参数、发动机运行参数限制量和滑模参数来计算滑模燃油量；

提供比例积分参数；

根据所述发动机状态参数、发动机运行参数限制量和比例积分参数来计算比例积分燃油量；以及

根据所述滑模燃油量和所述比例积分燃油量来确定参数限制燃油控制量；

其中，参考所述参数限制燃油控制量来选择所述燃油控制量，并输出燃油控制量指令信号。

7.如权利要求6所述的发动机闭环控制方法，其特征在于，还包括：

提供过渡态加减速燃油；

提供控制目标参数；以及

根据所述控制目标参数计算稳态燃油；

其中，参考所述参数限制燃油控制量、所述过渡态加减速燃油和所述稳态燃油来选择所述燃油控制量。

8.如权利要求6或7所述的发动机闭环控制方法，其特征在于，计算所述滑模燃油量的步骤包括：

根据所述滑模量和所述滑模参数来计算滑模控制量；以及

根据所述滑模控制量来计算所述滑模燃油量。

9.如权利要求6所述的发动机闭环控制方法，其特征在于，还包括输出故障信息，根据所述滑模燃油量、所述比例积分燃油量和所述故障信息来确定所述参数限制燃油控制量。

10.如权利要求6所述的发动机闭环控制方法，其特征在于，还包括接收实际位置信号，并将所述燃油控制量指令信号转换为期望位置信号，根据所述实际位置信号和所述期望位置信号来计算控制电流量。

11.一种发动机闭环控制系统，包括：

存储器，用于存储可由处理器执行的指令；以及

处理器，用于执行所述指令以实现如权利要求6-10任一项所述的方法。