CN112969344B - 基于单个水箱液位监控的电负载散热水循环控制方法 - Google Patents

基于单个水箱液位监控的电负载散热水循环控制方法 Download PDF

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Abstract

基于单个水箱液位监控的电负载散热水循环控制方法，涉及模拟电负载散热水循环控制领域。本发明是为了解决现有的采用接入水箱吸收电负载散热的方法无法及时了解到水箱的液位差的情况，从而无法根据液位差的情况进行实时调节水箱内液位的水循环的问题。本发明包括：获得每个水箱的液位高度；将水箱分成包含多个连通组的内循环组和外循环组，将内循环组或外循环组中的连通组中的最高液位值与前组水箱或后组水箱中的最高液位值之差与前后水箱液位差阈值进行比较进行组间调节，将第n个水箱与前水箱组或后水箱组中的最高液位差与预先设定的阈值进行比较进行组内调节。本发明用于飞机负载系统的散热。

Description

基于单个水箱液位监控的电负载散热水循环控制方法
技术领域
本发明涉及模拟电负载散热水循环控制领域，具体涉及基于单个水箱液位监控的电负载散热水循环控制方法。
背景技术
飞机的供电系统正常情况下是由发电机为整个飞机系统供电，在正常飞行时，飞机上的多台发电机会同时工作，但每台都不是全负荷运行的，而是均保留一定的余量，当其中一台发电机发生故障时，其余的发电机则马上以高负荷甚至满负荷状态运行，确保可以为飞机系统提供足够的电能，但由于飞机在实际的试飞过程中机载用电设备消耗的电功率较少，难以满足单个发电机高负载和满载的需求，所以需要增加额外的模拟电负载系统来消耗发电机剩余的功率，以确保飞机发电机可工作在指定功率点或者满载状态下。模拟电负载系统工作时会产生大量的热量，为保证其产生的热量不影响飞机客舱正常环境要求，如何吸收模拟电负载工作时产生的热量成为本领域研究的重点。
目前的飞机模拟电负载系统采用接入水箱吸收热量的方法进行散热，但是机舱内的管道布局并不完全对称，且受飞机飞行时存在一定的俯仰角，会导致水循环进出某些水箱的水流速不一致，因此目前采用水箱进行水循环从而吸收电负载热量的方法不能对水箱的液位进行实时监控，无法及时了解到前后水箱的液位差的情况，从而无法根据液位差的情况进行实时调节水箱内的水循环，当水箱液位差较大时会使飞机重心产生较大偏移，甚至会使水溢出罐体，从而影响飞机飞行安全。
发明内容
本发明目的是为了解决现有的采用接入水箱吸收电负载散热的方法无法及时了解到水箱的液位差的情况，从而无法根据液位差的情况进行实时调节水箱内的水循环的问题，而提出了基于单个水箱液位监控的电负载散热水循环控制方法。
基于单个水箱液位监控的电负载散热水循环控制方法具体过程为：
步骤一、获得每个水箱的液位高度；
所述水箱设置为16个，其中八个水箱分为四行两列呈矩形分布为前水箱组，其余八个也分为四行两列呈矩阵分布为后水箱组；
16个水箱分为八行两列，所述前水箱组第一列水箱与后水箱组的第一列水箱在一条直线上；前水箱组的第二列水箱与后水箱组的第二列水箱在一条直线上；所述第一列的水箱与第二列水箱分别对称分布，且每个水箱与其对称的水箱通过对称管路连接；
每个水箱上设置一个电磁阀，前水箱组中第一列水箱中的四个水箱从上到下第一个水箱上的电磁阀与第二个水箱上的电磁阀联通在同一个分支管路上，第三个水箱上的电磁阀与第四个水箱上的电磁阀联通在同一个分支管路上；前水箱组中第二列水箱的电磁阀与分支管路的连接关系、后水箱组上的电磁阀与分支管路的连接关系与前水箱组中第一列水箱中的四个水箱连接方式相同；
所述分支管路平行排布；所述分支管路联通在主干管路上；
所述主干管路上还安装了流量计、压力传感器、水泵、电动球阀、手动球阀、系统放水阀门；
电动球阀分别安装在后水箱组通过分支管路连接的两个主干管路上，每个主干管路上安装两个电动球阀；
所述每个电动球阀连接一个水泵；
步骤二、将水箱分成包含多个连通组的内循环组和包含多个连通组的外循环组，并获得每个连通组中水箱液位的最高值、前水箱组中所有水箱的液位最高值、后水箱组中所有水箱液位的最高值，同时执行步骤三、步骤四；
通过对称管路连接的每两个对称水箱对应为一个连通组；
所述内循环组包含：从上到下第三个连通组、第四个连通组、第五个连通组、第六个连通组；
所述外循环组包含：从上到下第一个连通组、第二个连通组、第七个连通组、第八个连通组；
步骤三、将内循环组或外循环组中的每个连通组中水箱的最高液位值与前水箱组或后水箱组中水箱的最高液位值的差与预设的前水箱液位差阈值或预设的后水箱液位差阈值进行比较，对于每个连通组，若该连通组中水箱的最高液位值与前水箱组或后水箱组中水箱的最高液位值的差小于预设的前水箱液位差阈值或预设的后水箱液位差阈值时则判断是否人为停止了调节，若没有人为停止调节则重新执行步骤一，若人为停止调节了则结束调节；若该连通组中水箱的最高液位值与前水箱组或后水箱组中水箱的最高液位值的差大于预设的前水箱液位差阈值或预设的后水箱液位差阈值则根据PID算法调节电动球阀开合度并重新进行执行步骤一；
步骤四、判断第n个水箱属于前水箱组还是后水箱组，若第n个水箱属于前水箱组则将第n个水箱的液位与前水箱组最高液位的差与预先设定的阈值进行比较，第n个水箱液位与前水箱组最高液位的差若大于预先设定的阈值则关闭第n个水箱所属的连通组对应的出水电磁阀，并重新执行步骤一；若小于预先设定的阈值则开启之前关掉的水箱出水电磁阀并判断是否人为停止了调节，若没有人为停止调节则重新执行步骤一，若已人为停止调节则结束调节；若第n个水箱属于后水箱组则将第n个水箱的液位与后水箱组最高液位的差与预先设定的阈值进行比较，其他步骤与第n个水箱属于前水箱组执行步骤同理。
本发明的有益效果为：
本发明综合考虑飞机试飞的机载环境和如何能更好地实现模拟电负载系统的散热的目的，对模拟电负载散热水循环控制算法的分析，采用FPGA实现液位信息采集控制、进出水口电磁阀的开关以及控制算法，利用FPGA的PID控制模块，配合基于单个水箱液位监控的水循环控制算法，从而及时了解水箱的液位差的情况，进而根据液位差的情况进行实时调节水箱内的水循环，保证飞机飞行安全。
附图说明
图1为系统原理图；
图中，①到⑧是前水箱组，⑨到
Figure GDA0003795324310000034
是后水箱组，1到8是前水箱组对应的电磁阀，9到16是后水箱组对应的电磁阀，17到18是手动球阀，19到22是电动球阀，23、24是系统放水阀门，B1到B4是水泵；
图2为水循环控制系统框图；
图3为水循环控制算法框图。
具体实施方式
具体实施方式一：本实施方式基于单个水箱液位监控的电负载散热水循环控制方法，具体过程为(如图3)：
步骤一、获得每个水箱的液位高度；
如图1、图2，所述水箱的设置为16个，其中八个水箱分为四行两列呈矩形分布为前水箱组(①、②、③、④、⑤、⑥、⑦、⑧)，其余八个也分为四行两列呈矩阵分布为后水箱组(⑨、⑩、
Figure GDA0003795324310000031
)；
所述16个水箱组分为八行两列，所述前水箱组第一列水箱(①、②、③、④)与后水箱组的第一列水箱(⑨、⑩、
Figure GDA0003795324310000032
)在一条直线上；前水箱组的第二列水箱(⑤、⑥、⑦、⑧)与后水箱组的第二列水箱
Figure GDA0003795324310000033
在一条直线上；所述第一列的水箱与第二列水箱分别对称分布，且每个水箱与其对称的水箱通过对称管路25连接；
每个水箱上设置一个电磁阀，前水箱组中第一列水箱中的四个水箱从上到下第一个水箱上的电磁阀1与第二个水箱上的电磁阀2联通在同一个分支管路上，第三个水箱上的电磁阀3与第四个水箱上的电磁阀4联通在同一个分支管路上，前水箱组中第二列水箱的电磁阀与分支管路的连接关系、后水箱组上的电磁阀与分支管路的连接关系与前水箱组中第一列水箱中的四个水箱连接方式相同(即电磁阀9与电磁阀10连接同一分支管路、电磁阀11与电磁阀12连接同一分支管路、电磁阀5与电磁阀6连接同一分支管路、电磁阀7与电磁阀8连接同一分支管路、电磁阀13与电磁阀14连接同一分支管路、电磁阀15与电磁阀16连接同一分支管路)；
所述分支管路26平行排布；所述分支管路26联通在主干管路27上；
所述主干管路27上还安装了流量计、压力传感器、水泵(B1、B2、B3、B4)、电动球阀(19、20、21、22)、手动球阀(17、18)、系统放水阀门(23、24)；
电动球阀(19、20、21、22)分别安装在后水箱组通过分支管路26连接的两个主干管27上，每个主干管路27上安装两个电动球阀；
所述每个电动球阀连接一个水泵(B1、B2、B3、B4)；
步骤二、将水箱分成包含多个连通组的内循环组和包含多个连通组的外循环组，并获得每个连通组中水箱液位的最高值、前水箱组中所有水箱的液位最高值、后水箱组中所有水箱液位的最高值，同时执行步骤三、步骤四；
通过对称管路连接的每两个对称水箱对应为一个连通组；
所述内循环组包含：从上到下第三个连通组、第四个连通组、第五个连通组、第六个连通组(即水箱③、水箱④、水箱⑦、水箱⑧、水箱⑨、水箱⑩、水箱
Figure GDA0003795324310000041
水箱
Figure GDA0003795324310000042
)；
所述外循环组包含：从上到下第一个连通组、第二个连通组、第七个连通组、第八个连通组(即水箱①、水箱②、水箱⑤、水箱⑥、水箱
Figure GDA0003795324310000043
水箱
Figure GDA0003795324310000044
水箱
Figure GDA0003795324310000045
水箱
Figure GDA0003795324310000046
)；
步骤三、将内循环组或外循环组中的每个连通组中水箱的最高液位值与前水箱组或后水箱组中水箱的最高液位值的差与预设的前水箱液位差阈值或预设的后水箱液位差阈值进行比较，对于每个连通组，若该连通组中水箱的最高液位值与前水箱组或后水箱组中水箱的最高液位值的差小于预设的前水箱液位差阈值或预设的后水箱液位差阈值时则判断是否人为停止了调节，若没有人为停止调节则重新执行步骤一，若人为停止调节了则结束调节；若该连通组中水箱的最高液位值与前水箱组或后水箱组中水箱的最高液位值的差大于预设的前水箱液位差阈值或预设的后水箱液位差阈值则根据PID算法调节电动球阀开合度并重新进行执行步骤一；
步骤四、判断第n个水箱属于前水箱组还是后水箱组，若第n个水箱属于前水箱组则将第n个水箱的液位与前水箱组最高液位的差与预先设定的阈值进行比较，第n个水箱液位与前水箱组最高液位的差若大于预先设定的阈值则关闭第n个水箱所属的连通组对应的出水电磁阀，并重新执行步骤一；若小于预先设定的阈值则开启之前关掉的水箱出水电磁阀并判断是否人为停止了调节，若没有人为停止调节则重新执行步骤一，若已人为停止调节则结束调节；若第n个水箱属于后水箱组则将第n个水箱的液位与后水箱组最高液位的差与预先设定的阈值进行比较，其他步骤与第n个水箱属于前水箱组执行步骤同理。
水循环工作时将电负载散热系统中前水箱组的水实时向后调节，将后水箱组的水实时向前调节，使水箱中的水产生水循环；
具体实施方式二：所述步骤一中每个水箱的液位高度通过FPGA控制液位检测传感器采集获得；
其他步骤与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：所述步骤三中每个连通组中水箱的最高液位值与前水箱组或后水箱组中水箱的最高液位值的差，通过以下方式获得：
步骤三一、将液位检测传感器获得的前水箱组中每个水箱的液位高度和后水箱组中每个水箱的液位高度分别进行汇总，得到前水箱组中每个连通组中的连通水箱的液位最高值、后水箱组中每个连通组中的连通水箱的液位最高值、前水箱组中最高液位值、后水箱组中最高液位值；
步骤三二、分别获得前水箱组中每个连通组中水箱的液位的最高值与前水箱组中所有水箱的液位最高值的差值；分别获得后水箱组中每个连通组中水箱的液位的最高值与后水箱组中所有水箱的液位最高值的差值。
其他步骤与具体实施方式一至二相同。
具体实施方式四：所述步骤三中电动球阀开合度通过FPGA系统给出相应大小的电流进而控制电动球阀的开合度。
其他步骤与具体实施方式一至三相同。
具体实施方式五：所述步骤四中出水电磁阀通过以下方式控制：
当前水箱组或后水箱组中的某个水箱的液位值与该水箱所属的前水箱组或后水箱组的最高液位值的差超过预先设定的阈值时，FPGA系统关闭该连通组水箱的出水口电磁阀，将该连通组水箱的出水阻断，直至前水箱组或后水箱组中的某个水箱的液位值与该水箱所属的前水箱组或后水箱组最高液位值的差小于预先设定的阈值时再次打开该出水口，电磁阀关闭后，则系统不会对其他水箱再进行液位监测，直至电磁阀打开。
其他步骤与具体实施方式一至四相同。

Claims (4)

1.基于单个水箱液位监控的电负载散热水循环控制方法，其特征在于所述方法具体过程为：
步骤一、获得每个水箱的液位高度；
所述水箱设置为16个，其中八个水箱分为四行两列呈矩形分布为前水箱组，其余八个也分为四行两列呈矩阵分布为后水箱组；
16个水箱分为八行两列，所述前水箱组第一列水箱与后水箱组的第一列水箱在一条直线上；前水箱组的第二列水箱与后水箱组的第二列水箱在一条直线上；所述第一列的水箱与第二列水箱分别对称分布，且每个水箱与其对称的水箱通过对称管路连接；
每个水箱上设置一个电磁阀，前水箱组中第一列水箱中的四个水箱从上到下第一个水箱上的电磁阀与第二个水箱上的电磁阀联通在同一个分支管路上，第三个水箱上的电磁阀与第四个水箱上的电磁阀联通在同一个分支管路上；前水箱组中第二列水箱的电磁阀与分支管路的连接关系、后水箱组上的电磁阀与分支管路的连接关系与前水箱组中第一列水箱中的四个水箱连接方式相同；
所述分支管路平行排布；所述分支管路联通在主干管路上；
所述主干管路上还安装了流量计、压力传感器、水泵、电动球阀、手动球阀、系统放水阀门；
电动球阀分别安装在后水箱组通过分支管路连接的两个主干管路上，每个主干管路上安装两个电动球阀；
所述每个电动球阀连接一个水泵；
步骤二、将水箱分成包含多个连通组的内循环组和包含多个连通组的外循环组，并获得每个连通组中水箱液位的最高值、前水箱组中所有水箱的液位最高值、后水箱组中所有水箱液位的最高值，同时执行步骤三、步骤四；
通过对称管路连接的每两个对称水箱对应为一个连通组；
所述内循环组包含：从上到下第三个连通组、第四个连通组、第五个连通组、第六个连通组；
所述外循环组包含：从上到下第一个连通组、第二个连通组、第七个连通组、第八个连通组；
步骤三、将内循环组或外循环组中的每个连通组中水箱的最高液位值与前水箱组或后水箱组中水箱的最高液位值的差与预设的前水箱液位差阈值或预设的后水箱液位差阈值进行比较，对于每个连通组，若该连通组中水箱的最高液位值与前水箱组或后水箱组中水箱的最高液位值的差小于预设的前水箱液位差阈值或预设的后水箱液位差阈值时则判断是否人为停止了调节，若没有人为停止调节则重新执行步骤一，若人为停止调节了则结束调节；若该连通组中水箱的最高液位值与前水箱组或后水箱组中水箱的最高液位值的差大于预设的前水箱液位差阈值或预设的后水箱液位差阈值则根据PID算法调节电动球阀开合度并重新进行执行步骤一；
其中，每个连通组中水箱的最高液位值与前水箱组或后水箱组中水箱的最高液位值的差，通过以下方式获得：
步骤三一、将液位检测传感器获得的前水箱组中每个水箱的液位高度和后水箱组中每个水箱的液位高度分别进行汇总，得到前水箱组中每个连通组中的连通水箱的液位最高值、后水箱组中每个连通组中的连通水箱的液位最高值、前水箱组中最高液位值、后水箱组中最高液位值；
步骤三二、分别获得前水箱组中每个连通组中水箱的液位的最高值与前水箱组中所有水箱的液位最高值的差值；分别获得后水箱组中每个连通组中水箱的液位的最高值与后水箱组中所有水箱的液位最高值的差值；
步骤四、判断第n个水箱属于前水箱组还是后水箱组，若第n个水箱属于前水箱组则将第n个水箱的液位与前水箱组最高液位的差与预先设定的阈值进行比较，第n个水箱液位与前水箱组最高液位的差若大于预先设定的阈值则关闭第n个水箱所属的连通组对应的出水电磁阀，并重新执行步骤一；若小于预先设定的阈值则开启之前关掉的水箱出水电磁阀并判断是否人为停止了调节，若没有人为停止调节则重新执行步骤一，若已人为停止调节则结束调节；若第n个水箱属于后水箱组则将第n个水箱的液位与后水箱组最高液位的差与预先设定的阈值进行比较，其他步骤与第n个水箱属于前水箱组执行步骤同理。
2.根据权利要求1所述的基于单个水箱液位监控的电负载散热水循环控制方法，其特征在于：所述步骤一中每个水箱的液位高度通过FPGA控制液位检测传感器采集获得。
3.根据权利要求2所述的基于单个水箱液位监控的电负载散热水循环控制方法，其特征在于：所述步骤三中电动球阀开合度通过FPGA系统给出相应大小的电流进而控制电动球阀的开合度。
4.根据权利要求3所述的基于单个水箱液位监控的电负载散热水循环控制方法，其特征在于：所述步骤四中出水电磁阀通过以下方式控制：
当前水箱组或后水箱组中的某个水箱的液位值与该水箱所属的前水箱组或后水箱组的最高液位值的差超过设定阈值时，FPGA系统关闭该连通组水箱的出水口电磁阀，将该连通组水箱的出水阻断，直至前水箱组或后水箱组中的某个水箱的液位值与该水箱所属的前水箱组或后水箱组的最高液位值的差小于预先设定的阈值时再次打开该出水口，电磁阀关闭后，则系统不会对其他水箱再进行液位监测，直至上述电磁阀再次打开。
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