CN113212729B - 多空气阀多风机的飞艇气囊压力控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多空气阀多风机的飞艇气囊压力控制方法。本发明根据当前气囊压力状态，在接收到控制命令后，按照提前定义的控制规则对多空气阀和多风机进行控制，能够高效的对风机和阀门资源进行优化和控制，提高飞艇的气囊压力控制精度和平稳度，既能够提高气囊的加压/卸压速度，也能够提高气囊压力的控制精度。由于采用了多风机和多阀门的配置及控制方法，避免了在空气阀或风机发生故障时无法控制飞艇的气囊压力的情况，且能够及时发送告警命令，告知故障状态，保证飞艇的飞行安全。

Description

多空气阀多风机的飞艇气囊压力控制方法

技术领域

本发明属于机载航电领域，涉及一种多空气阀多风机的飞艇气囊压力控制方法。

背景技术

飞艇是一种轻于空气的航空器，艇内的气囊内充有密度比空气小的浮体气体，在飞艇工作过程中，需要对飞艇的气囊压力进行实时控制，从而控制飞艇的飞行高度及飞行姿态。在对飞艇的气囊压力进行控制时，分为加压和减压操作，在此过程中需要借助空气阀和风机。当气囊需要加压时，打开空气阀，气囊内的气体向外排出，气囊压力减小；当气囊需要加压时，打开风机，向气囊内注入气体，气囊压力增大。

现有的飞艇气囊压力控制方法多为单一空气阀和单一风机控制方法，且控制方式为开关量控制，气囊压力在开关打开和关闭时刻抖动较大，使飞艇在飞行过程中平稳度较差，飞行定位高度的精度也较差，且容易造成飞艇电力系统的资源浪费：由于为控制气囊加压或减压的执行机构单一，在风机或空气阀出现故障后无容错能力，直接影响飞艇的飞行安全。

目前现有的控制方法：通过气囊控制系统向空气阀和风机执行控制器发送当前所需的气囊压力值，空气阀和风机执行控制器在收到控制命令后根据当前的气囊压力值和所收到的气囊压力目标值进行比较，具体过程为：

1、若当前的气囊压力值<气囊压力目标值，打开风机开关对气囊进行加压，风机开始运行，直到当前的气囊压力值大于气囊压力目标值时，关闭风机，停止对气囊的加压。

2、若当前的气囊压力值>气囊压力目标值，打开空气阀开关对气囊进行减压，直到当前的气囊压力值小于气囊压力目标值时，关闭空气阀开关，停止对气囊的减压。

目前现有的气囊压力执行机构设计及控制方法虽然能够满足飞艇的正常工作要求所需，但依然存在以下问题：

一、由于气囊的加压和减压操作只有单一执行机构，导致气囊的加压和减压操作速度较慢。

二、加压和减压操作所需的执行机构控制方式为开关控制，只有开关两种状态，导致气囊压力的变化平稳度和控制精度较差，进而影响了飞艇的定高巡航精度。

三、在执行机构发生故障无法正常运行的情况下，没有其他控制设备对气囊压力进行控制，导致气囊压力控制失效，直接影响飞艇的飞行安全。

发明内容

为了解决现有气囊压力控制系统的执行机构单一且控制方法较为简单，气囊压力控制的性能和安全性不能得到保证的问题，本发明提供了一种多空气阀多风机的飞艇气囊压力控制方法。

本发明的技术解决方案是：

提供了一种多空气阀多风机的飞艇气囊压力控制方法，包括以下实施步骤：

步骤1：设定多个空气阀和多个风机的开启顺序：

步骤1.1：设定多个空气阀的开启顺序

将多个空气阀顺序定义为空气阀1，空气阀2……空气阀m；

依照控制命令，定义多个空气阀的开启顺序依次为：打开空气阀1、打开空气阀2……打开空气阀m；其中，m≥2；

步骤1.2：设定多个风机的开启顺序：

将多个风机顺序定义为：风机1，风机2……风机n；

依照控制命令，定义多个风机的开启顺序依次为：打开风机1、打开风机2……打开风机n；n≥2；

步骤2：设定气囊加压阈值P_加阈；根据P_加阈以及风机数量确定单台风机所需最大加压能力P_加能；

P_加能=P_加阈/n；

P_加阈＜P_max；

P_max为气囊的最大额定工作压力；

步骤3：根据风机最大加压能力P_加能以及风机数量n，定义加压等级；

将压力区间{0~ P_加能}定义第一级，此时风机1单独工作，其余n-1个风机不工作；

将压力区间{ P_加能~2P_加能}定义第二级，此时风机1和风机2同时工作，其余n-2个风机不工作；

将压力区间{2P_加能~3P_加能}定义第三级，此时风机1、风机2、风机3同时工作，其余n-3个风机不工作；

依次规律，将压力区间{（n-1）P_加能~ n P_加能}定义第n级，此时所有n个风机同时工作；

步骤4：设定气囊卸压阈值P_卸阈；根据P_卸阈以及空气阀数量m，确定单台空气阀所需最大卸压能力P_卸能；

P_卸能=P_卸阈/m；

P_卸阈＞P_min；

P_min为气囊的最小额定工作压力；

步骤5：根据空气阀的最大卸压能力P_卸能以及空气阀数量m，定义卸压等级；

将压力区间{0~ P_卸能}定义第一级，此时空气阀1单独工作，其余m-1个空气阀不工作；

将压力区间{ P_卸能~2P_卸能}定义第二级，此时空气阀1和空气阀2同时工作，其余m-2个空气阀不工作；

将压力区间{2P_卸能~3P_卸能}定义第三级，此时空气阀1、空气阀2、空气阀3同时工作，其余m-3个空气阀不工作；

依次规律，将压力区间{（m-1）P_卸能~ mP_卸能}定义第m级，此时所有m个空气阀同时工作；

步骤6：将每个空气阀和风机状态初始化，同时将控制命令初始化；

步骤7：采集当前气囊压力值P_当前，等待接收控制命令，按照接收到的控制命令所要求的气囊压力目标值P_目标，将气囊压力目标值P_目标和当前的气囊压力值P_当前进行比较计算；

若P_当前＜P_目标，需对气囊进行加压，则跳转执行步骤8；

若P_当前＞P_目标，需对气囊进行卸压，则跳转执行步骤9；

步骤8：气囊加压

步骤8.1：计算气囊压力目标值P_目标与当前的气囊压力值P_当前的压力差P_差；

步骤8.2：确定加压模式；

若P_差＞P_加阈，则执行步骤8.3；若P_差＜P_加阈，则执行步骤8.4；

步骤8.3：控制n个风机均以最大加压能力P_加能工作，将气囊压力调整至P_目标；

步骤8.4：根据压力差P_差大小确定所需的加压等级；

若压力差P_差在第X等级时，且P_差＝XP_加能时，则X个风机均以P_加能运行，将气囊压力调整至P_目标；

若压力差P_差在第X等级时，且P_差＜XP_加能时，则前X-1个风机均以P_加能运行，对第X个风机以△P1进行线性控制，从而将气囊压力调整至P_目标；

其中，△P1= XP_加能-P_差；X∈{1，n}；

步骤9：气囊卸压

步骤9.1：计算气囊压力目标值P_目标与当前的气囊压力值P_当前的压力差P_差；

步骤9.2：确定卸压模式；

若P_差＞P_卸阈，则执行步骤9.3；若P_差＜P_卸阈，则执行步骤9.4；

步骤9.3：控制m个空气阀均以最大卸压能力P_卸能工作，将气囊压力调整至P_目标；

步骤9.4：根据压力差P_差大小确定所需的卸压等级；

若压力差P_差在第Y等级时，且P_差＝YP_卸能时，则Y个空气阀均以P_卸能运行，将气囊压力调整至P_目标；

若压力差P_差在第Y等级时，且P_差＜YP_卸能时，则前Y-1个空气阀均以P_卸能运行，对第Y个空气阀以△P2进行线性控制，从而将气囊压力调整至P_目标；

其中，△P2= YP_卸能-P_差；Y∈{1，m}。

进一步地，上述方法还包括当风机或空气阀发生故障，无法按照当前控制指定正常运行时，分为以下两种处理情况：

情况一：在进行加压或卸压操作时，当n个风机或m个空气阀未完全投入使用时，当某一个风机或空气阀出现故障，开启其他未投入使用的风机或空气阀进行增压或减压，并第一时间发送告警命令，告知当前的具体故障状态；

情况二：在进行加压或卸压操作时，当n个风机或m个空气阀均已完全投入使用时，当某一个风机或空气阀出现故障，第一时间发送告警命令，告知当前的具体故障状态即可。

本发明的有益效果：

1、本发明根据设定多个空气阀和风机的开启顺序、设定气囊加压阈值、卸压阈值、单台风机所需最大加压能力、单台空气阀所需最大卸压能力，并按照提前定义好的加压等级、卸压等级，在得到控制命令后根据压差，对风机或空气阀进行控制，能够最大效率的使气囊压力达到设定目标值，提高了气囊压力的加压/减压效率。

2、本发明所采取的的多风机和多空气阀设计方法，能够在不影响原有功能的情况下达到容错控制效果，提高了飞艇的安全性，在部分风机和部分空气阀发生故障的情况下也能对气囊压力进行控制，保证飞行安全。

3、本发明可以根据当前的气囊压力值和目标压力值的具体状态，调节风机和空气阀的运行数量和运行速度，提高气囊压力的控制精度，进而也能改善飞艇的升降速度及平稳性，提高飞艇的定高巡航精度。

4、本发明在飞艇气囊压力控制机构发生故障的情况下避免了飞艇气囊压力无法控制，且及时的向驾驶员发送告警信息，提升气压控制的实时性、准确性，保证飞艇的飞行安全。

附图说明

图1是本发明的控制流程图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

为便于理解本发明的技术方案，本实施例对于单个气囊，其对应的空气阀数量为6，风机数量为6的情况为例（当然空气阀数量与风机数量可以不相等，通常建议单个气囊的空气阀和风机数量为3至5个,数量过少，飞艇的安全性和控制精度较低；数量过多，则控制系统的成本和系统复杂度较高），对本发明的方法进行详述。

本发明的方法主要实现过程为：

步骤1：设定6个空气阀和6个风机的开启顺序：

步骤1.1：设定6个空气阀的开启顺序

将多个空气阀顺序定义为空气阀1，空气阀2……空气阀6；

依照控制命令，定义多个空气阀的开启顺序依次为：打开空气阀1、打开空气阀2……打开空气阀6；

步骤1.2：设定6个风机的开启顺序：

将多个风机顺序定义为：风机1，风机2……风机6；

依照控制命令，定义多个风机的开启顺序依次为：打开风机1、打开风机2……打开风机6；

步骤2：设定气囊加压阈值P_加阈，本实施例中P_加阈=60 Pa；根据P_加阈以及风机数量确定单台风机所需最大加压能力P_加能；

P_加能=P_加阈/6；本实施例中P_加能=10Pa；

P_加阈＜P_max；

P_max为气囊的最大额定工作压力；

步骤3：根据风机最大加压能力P_加能以及风机数量，定义加压等级；

将压力区间{0~ 10Pa }定义第一级，此时风机1单独工作，其余5个风机不工作；

将压力区间{10Pa ~20Pa }定义第二级，此时风机1和风机2同时工作，其余4个风机不工作；

将压力区间{20Pa ~30Pa }定义第三级，此时风机1、风机2、风机3同时工作，其余3个风机不工作；

依次规律，将压力区间{50Pa ~ 60Pa }定义第6级，此时所有6个风机同时工作；

步骤4：设定气囊卸压阈值P_卸阈；本实施例中P_卸阈=60 Pa；根据P_卸阈以及空气阀数量，确定单台空气阀所需最大卸压能力P_卸能；

P_卸能=P_卸阈/6；本实施例中P_卸能=10Pa；

P_卸阈＞P_min；

P_min为气囊的最小额定工作压力；

步骤5：根据空气阀的最大卸压能力P_卸能以及空气阀，定义卸压等级；

将压力区间{0~ 10Pa }定义第一级，此时空气阀1单独工作，其余5个空气阀不工作；

将压力区间{10Pa ~20Pa }定义第二级，此时空气阀1和空气阀2同时工作，其余4个空气阀不工作；

将压力区间{20Pa ~30Pa }定义第三级，此时空气阀1、空气阀2、空气阀3同时工作，其余3个空气阀不工作；

依次规律，将压力区间{50Pa ~ 60Pa }定义第6级，此时所有6个空气阀同时工作；

以下步骤均为实际工作过程中的具体控制过程，参见图1：

步骤6：控制命令初始化，气囊压力目标值初始化，空气阀阀门状态和风机状态初始化；

步骤7：采集当前气囊压力值P_当前，等待接收控制命令，按照接收到的控制命令所要求的气囊压力目标值P_目标，将气囊压力目标值P_目标和当前的气囊压力值P_当前进行比较计算；

若P_当前＜P_目标，需对气囊进行加压，则跳转执行步骤8；

若P_当前＞P_目标，需对气囊进行卸压，则跳转执行步骤9；

步骤8：气囊加压

假定当前的气囊压力值P_当前为400Pa，气囊压力目标值P_目标为435Pa，则压力差P_差为35Pa，由于P_当前＜P_目标，且35Pa 小于60Pa；根据步骤 3定义的加压等级，则风机1，风机2，风机3以P_加能运行，对风机4以△P1进行线性控制，从而将气囊压力调整至P_目标；其中，△P1=5 Pa。

在加压状态时，当4个投入使用的风机中的其中一个或两个出现故障，则可开启其他未投入使用的2个风机阀进行加压操作，并第一时间发送告警命令，告知当前的具体故障状态；

步骤9：气囊卸压

假定当前的气囊压力值P_当前为485Pa，气囊压力目标值P_目标为435Pa，则压力差P_差为50Pa，由于P_当前＞P_目标，且50Pa 小于60Pa；根据步骤 5定义的加卸等级，则空气阀1，空气阀2、空气阀3，空气阀4、空气阀5均以P_卸能运行，从而将气囊压力调整至P_目标；在卸压状态时，当5个投入使用的空气阀中其中一个出现故障，则可开启其他未投入使用的1个空气阀进行卸压操作，并第一时间发送告警命令，告知当前的具体故障状态；

另外有一种极限情况：在进行加压或卸压操作时，当6个风机或6个空气阀均已完全投入使用时，当某一个风机或空气阀出现故障，没有能够切换的风机或空气阀时，需第一时间发送告警命令，告知当前的具体故障状态，为最大限度的保证飞艇的飞行安全，飞行员需选择最近的降落点使飞艇安全降落，之后进行故障排除。

Claims (2)

1.一种多空气阀多风机的飞艇气囊压力控制方法，其特征在于，包括以下实施步骤：

步骤1：设定多个空气阀和多个风机的开启顺序：

步骤1.1：设定多个空气阀的开启顺序

将多个空气阀顺序定义为空气阀1，空气阀2……空气阀m；

依照控制命令，定义多个空气阀的开启顺序依次为：打开空气阀1、打开空气阀2……打开空气阀m；其中，m≥2；

步骤1.2：设定多个风机的开启顺序：

将多个风机顺序定义为：风机1，风机2……风机n；

依照控制命令，定义多个风机的开启顺序依次为：打开风机1、打开风机2……打开风机n；n≥2；

步骤2：设定气囊加压阈值P_加阈；根据P_加阈以及风机数量确定单台风机所需最大加压能力P_加能；

P_加能=P_加阈/n；

P_加阈＜P_max；

P_max为气囊的最大额定工作压力；

步骤3：根据风机最大加压能力P_加能以及风机数量n，定义加压等级；

将压力区间{0~ P_加能}定义第一级，此时风机1单独工作，其余n-1个风机不工作；

将压力区间{ P_加能~2P_加能}定义第二级，此时风机1和风机2同时工作，其余n-2个风机不工作；

将压力区间{2P_加能~3P_加能}定义第三级，此时风机1、风机2、风机3同时工作，其余n-3个风机不工作；

依次规律，将压力区间{（n-1）P_加能~ n P_加能}定义第n级，此时所有n个风机同时工作；

步骤4：设定气囊卸压阈值P_卸阈；根据P_卸阈以及空气阀数量m，确定单台空气阀所需最大卸压能力P_卸能；

P_卸能=P_卸阈/m；

P_卸阈＞P_min；

P_min为气囊的最小额定工作压力；

步骤5：根据空气阀的最大卸压能力P_卸能以及空气阀数量m，定义卸压等级；

将压力区间{0~ P_卸能}定义第一级，此时空气阀1单独工作，其余m-1个空气阀不工作；

将压力区间{ P_卸能~2P_卸能}定义第二级，此时空气阀1和空气阀2同时工作，其余m-2个空气阀不工作；

将压力区间{2P_卸能~3P_卸能}定义第三级，此时空气阀1、空气阀2、空气阀3同时工作，其余m-3个空气阀不工作；

依次规律，将压力区间{（m-1）P_卸能~ mP_卸能}定义第m级，此时所有m个空气阀同时工作；

步骤6：将每个空气阀和风机状态初始化，同时将控制命令初始化；

步骤7：采集当前气囊压力值P_当前，等待接收控制命令，按照接收到的控制命令所要求的气囊压力目标值P_目标，将气囊压力目标值P_目标和当前的气囊压力值P_当前进行比较计算；

若P_当前＜P_目标，需对气囊进行加压，则跳转执行步骤8；

若P_当前＞P_目标，需对气囊进行卸压，则跳转执行步骤9；

步骤8：气囊加压

步骤8.1：计算气囊压力目标值P_目标与当前的气囊压力值P_当前的压力差P_差；

步骤8.2：确定加压模式；

若P_差＞P_加阈，则执行步骤8.3；若P_差＜P_加阈，则执行步骤8.4；

步骤8.3：控制n个风机均以最大加压能力P_加能工作，将气囊压力调整至P_目标；

步骤8.4：根据压力差P_差大小确定所需的加压等级；

若压力差P_差在第X等级时，且P_差＝XP_加能时，则X个风机均以P_加能运行，将气囊压力调整至P_目标；

若压力差P_差在第X等级时，且P_差＜XP_加能时，则前X-1个风机均以P_加能运行，对第X个风机以△P1进行线性控制，从而将气囊压力调整至P_目标；

其中，△P1= XP_加能-P_差；X∈{1，n}；

步骤9：气囊卸压

步骤9.1：计算气囊压力目标值P_目标与当前的气囊压力值P_当前的压力差P_差；

步骤9.2：确定卸压模式；

若P_差＞P_卸阈，则执行步骤9.3；若P_差＜P_卸阈，则执行步骤9.4；

步骤9.3：控制m个空气阀均以最大卸压能力P_卸能工作，将气囊压力调整至P_目标；

步骤9.4：根据压力差P_差大小确定所需的卸压等级；

若压力差P_差在第Y等级时，且P_差＝YP_卸能时，则Y个空气阀均以P_卸能运行，将气囊压力调整至P_目标；

若压力差P_差在第Y等级时，且P_差＜YP_卸能时，则前Y-1个空气阀均以P_卸能运行，对第Y个空气阀以△P2进行线性控制，从而将气囊压力调整至P_目标；

其中，△P2= YP_卸能-P_差；Y∈{1，m}。

2.根据权利要求1所述的多空气阀多风机的飞艇气囊压力控制方法，其特征在于：当风机或空气阀发生故障，无法按照当前控制指定正常运行时，分为以下两种处理情况：

情况一：在进行加压或卸压操作时，当n个风机或m个空气阀未完全投入使用时，当某一个风机或空气阀出现故障，开启其他未投入使用的风机或空气阀进行增压或减压，并第一时间发送告警命令，告知当前的具体故障状态；

情况二：在进行加压或卸压操作时，当n个风机或m个空气阀均已完全投入使用时，当某一个风机或空气阀出现故障，第一时间发送告警命令，告知当前的具体故障状态即可。

Images