CN115373451A - 一种获得环量激励器流量控制策略的方法、试验平台 - Google Patents
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Abstract
本发明属于环量控制领域,涉及一种获得环量激励器流量控制策略的方法、试验平台。其中一种获得环量激励器流量控制策略的方法:设计引气系统参数;在设计的引气系统参数条件下进行环量激励器参数测量试验,控制阀门开度,进行环量激励器参数测量;建立引气系统参数与阀门开度的离散映射关系一;建立阀门开度与激励器参数的离散映射关系二;进行神经网络训练,得到环量激励器流量控制策略。本方法通过在设计的引气系统参数的基础上控制与环量激励器连接的阀门的开度进行环量激励器参数测量,能够获得引气系统、阀门、环量激励器的参数之间的关系,并通过参数之间的关系获得环量激励器的控制策略,实现引气系统和阀门对环量激励器的流量控制。
Description
技术领域
本发明属于环量控制领域,具体涉及一种获得环量激励器流量控制策略的方法、试验平台。
背景技术
主动射流控制是一种典型的主动流动控制技术,通过将高能量射流注入运动流场中,改变飞行器外界绕流的流动状态,从而改变飞行器的受力状态或运动状态,具有控制能力强、响应速度快、控制效率高、全任务剖面最优控制等特点,广泛应用于飞行器增升、减阻、飞行控制等领域。环量控制是当前主动射流控制研究的前沿和热点,通过驱动压缩空气射流产生飞行器姿态控制所需的操控力和力矩,用于取代传统的升降舵、方向舵、副翼等大的活动机械控制面,实现飞行器姿态的无舵面飞行控制,带来飞行器设计的颠覆性变革。
环量激励器是实现环量控制关键气动部件,通过控制环量激励器流量调节激励器出口的射流速度,改变射流强度,进而改变环量控制产生的控制力矩大小。环量激励器流量需求太大超出引气系统的能力,将难以满足飞行姿态控制要求,造成坠机事件;环量激励器流量需求太小,则有可能会降低流量控制的分辨率,使得压力控制误差太大,控制偏离也会造成坠机事件;所以需要对环量激励器流量进行控制。
发明内容
环量激励器在使用时与阀门连接,阀门与引气系统(如发动机)连接,要控制环量激励器流量,可以有以下四种控制方式:(1)通过引气系统控制环量激励器流量;(2)通过阀门控制环量激励器流量;(3)通过引气系统和阀门共同控制环量激励器流量,(4)通过环量激励器自身进行流量控制(如改变环量激励器的流道大小、改变流道的结构、改变形状等)。
基于此,在不改变环量激励器结构、形状、大小等(即环量激励器改变)的基础上,对环量激励器流量进行控制。本发明第一方面提出了一种获得环量激励器流量控制策略的方法,本方法通过在设计的引气系统参数的基础上通过控制与环量激励器连接的阀门开度进行环量激励器参数测量,能够获得引气系统、阀门、环量激励器的参数之间的关系,并通过参数之间的关系获得环量激励器的控制策略,实现引气系统和阀门对环量激励器的流量控制。
相比于仅通过通过引气系统控制环量激励器流量,或仅通过阀门控制环量激励器流量;通过阀门和引气系统共同控制环量激励器流量控制具有更加灵活的优点,若在引气系统出现不能控制的情况(如引气系统参数不能改变),就可以通过改变阀门的开度控制环量激励器流量;若阀门出现不能控制的情况(如阀门的开度不能改变)就可以通过改变引气系统参数控制环量激励器流量。
本发明的一种获得环量激励器流量控制策略的方法包括如下技术方案:
一种获得环量激励器流量控制策略的方法,包括如下步骤:
S100:设计引气系统参数,所述引气系统参数包括压力和温度;
S200:在设计的引气系统参数条件下进行环量激励器参数测量试验,控制阀门开度,进行环量激励器参数测量,环量激励器参数包括流量;
S300:根据步骤S200中的环量激励器参数测量,建立所述引气系统参数与所述阀门开度的离散映射关系一;建立所述阀门开度与所述激励器参数的离散映射关系二;
S400:基于离散映射关系一和离散映射关系二,进行神经网络训练,得到所述引气系统参数与所述阀门开度、环量激励器参数的连续映射关系;
环量激励器流量控制策略包括连续映射关系。
进一步地,所述环量激励器参数还包括压力、温度中的一种或多种。
为了获得引气系统参数对应的阀门开度,和阀门开度对应的环量激励器参数,本发明第二方面提出了一种环量激励器参数测量试验平台,本发明的试验平台不仅能够模拟引气系统参数,还能控制阀门开度并测量对应的环量激励器参数。
本发明的一种环量激励器参数试验平台包括如下技术方案:
一种环量激励器参数试验平台,用于对上述获得环量激励器流量控制策略的方法中环量激励器参数测量,包括环量激励器、舵机、阀门、变径管、高温文丘里流量计和气源系统,所述气源系统连接变径管直径小的一端,所述变径管直径大的一端连接高温文丘里流量计,所述高温文丘里流量计连接所述阀门,所述阀门分别与环量激励器和舵机连接。
进一步地,还包括温度传感器一和/或压力传感器一,所述温度传感器一和/或压力传感器一设置在所述环量激励器内。
进一步地,所述阀门设置多个,所述多个阀门分别都连接有环量激励器。
进一步地,所述气源系统包括供气机构、过滤器、安全排气阀、空气缓冲器、压力传感器二和升温机构,所述升温机构包括加热管道、电加热器、温度传感器二和温度传感器三,所述加热管道入口设置温度传感器二,所述加热管道出口设置温度传感器三,位于所述加热管道入口和所述加热管道的出口之间设置电加热器;
所述供气机构连接所述过滤器,所述过滤器分别与所述安全排气阀和所述空气缓冲器连接,所述空气缓冲器内设置压力传感器二,所述空气缓冲器连接所述加热管道入口,所述加热管道出口连接高温文丘里流量计。
进一步地,所述高温文丘里流量计的入口管道中设置有蜂窝器。
进一步地,还包括电驱动针阀,所述电驱动针阀设置在所述升温机构和变径管之间。
采用上述技术方案,本发明包括如下优点:
1、本发明的方法通过在设计的引气系统参数的基础上通过控制与环量激励器连接的阀门的开度进行环量激励器参数测量,能够获得引气系统、阀门、环量激励器的参数之间的关系,并通过参数之间的关系获得环量激励器的控制策略,实现引气系统和阀门对环量激励器流量的控制。
2、本发明的一种环量激励器参数测量试验平台能够模拟引气系统参数,还能控制阀门开度并测量对应的环量激励器参数。
3、本发明的变径管连接在气源系统与高温文丘里流量计之间,且变径管直径小的一端连接气源系统,直径大的一端连接高温文丘里流量计,基于此结构,变径管能够使进入高温文丘里流量计内的气体更加均匀,使高温文丘里流量计的测量结果更加精确。
4、本发明的气源系统包括供气机构、过滤器、安全排气阀、空气缓冲器、升温机构和压力传感器二,通过供气机构和空气缓冲器的配合提供稳定压力的气体;设置的空气缓冲器,具有提高气体压力控制的稳定性,缩短压力稳定响应时间。
5、本发明中高温文丘里流量计实现环量激励器流量的精确测量。
6、本发明中高温文丘里流量计的入口管道中设置有蜂窝器,蜂窝器能够用于对进入高温文丘里流量计中的气体进行整流,提高高温文丘里流量计的测量精度。
7、本发明中通过变径管和蜂窝器的配合使用,使高温文丘里流量的测量结果更加精确。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例技术方案,下面将对本发明实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面所描述的附图仅仅是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例中一种环量激励器参数测量试验平台的结构示意图一;
图2为本发明实施例中一种环量激励器参数测量试验平台的结构示意图二;
图3为本发明实施例中一种环量激励器参数测量试验平台的局部结构示意图;
附图中:100-环量激励器,200-舵机,300-阀门,400-变径管,500-高温文丘里流量计,510-入口管道,520-出口管道,530-总压耙,540-总温度传感器,550-文丘里管,560-温度传感器四,570-压力传感器三,600-气源系统,610-供气机构,620-过滤器,630-安全排气阀,640-空气缓冲器,650-升温机构,700-温度传感器一,800-压力传感器一,900-蜂窝器,1000-电驱动针阀。
具体实施方式
在下文中将参考附图对本发明的各方面进行更充分的描述。然而,本发明可以具体化成许多不同形式且不应解释为局限于贯穿本发明所呈现的任何特定结构或功能。相反地,提供这些方面将使得本发明周全且完整,并且本发明将给本领域技术人员充分地传达本发明的范围。基于本文所教导的内容,本领域的技术人员应意识到,无论是单独还是结合本发明的任何其它方面实现本文所公开的任何方面,本发明的范围旨在涵盖本文中所公开的任何方面。例如,可以使用本文所提出任意数量的装置或者执行方法来实现。另外,除了本文所提出本发明的多个方面之外,本发明的范围更旨在涵盖使用其它结构、功能或结构和功能来实现的装置或方法。应可理解,其可通过权利要求的一或多个元件具体化本文所公开的任何方面。
在此使用的术语仅仅是为了描述具体实施例,而并非意在限制本公开。在此使用的术语“包括”、“包含”等表明了所述特征、步骤、操作和/或模型的存在,但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、步骤、操作或模型。
在此使用的所有术语(包括技术和科学术语)具有本领域技术人员通常所理解的含义,除非另外定义。应注意,这里使用的术语应解释为具有与本说明书的上下文相一致的含义,而不应以理想化或过于刻板的方式来解释。
对于本领域的普通技术人员而言,可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白,以下结合附图及实施例,对本发明进行进一步详细说明。
实施例1
本实施例提供了一种获得环量激励器流量控制策略的方法,包括如下步骤:
S100:设计组引气系统参数,所述引气系统参数包括:压力和温度,所述,所述;组引气系统参数具体为:,,、、、,。引气系统的参数是通过在实际使用中的引气系统参数中选取,如引气系统是飞机发动机,则选择发动机的排气压力和温度为引气系统参数。
S200:在设计的引气系统参数条件下进行环量激励器参数测量试验,控制阀门开度,进行环量激励器参数测量;阀门开度应该理解为阀门打开的程度,在环量激励器参数测量试验前,阀门应该是关闭状态;
具体的:在引气系统参数的条件下进行环量激励器参数测量试验,依次控制阀门开度为,对应不同的阀门不同的开度测量环量激励器参数;在引气系统参数的条件下进行环量激励器参数测量试验,依次控制阀门开度为,对应不同的阀门不同的开度测量环量激励器参数;同理,在引气系统参数,,、、、,的条件下依次进行环量激励器参数测量试验。
需要说明的是:流量包括质量流量、体积流量等,本实施例中对于流量的测量可以是体积流量、也可以是质量流量。
S300:根据步骤S200中环量激励器参数测量,建立所述引气系统参数与所述阀门开度的离散映射关系一
S400:基于离散映射关系一和离散映射关系二,进行神经网络训练,得到所述引气系统参数与所述阀门开度的连续映射关系一;建立所述阀门开度与所述激励器参数的连续映射关系二;
环量激励器流量控制策略包括连续映射关系一和连续映射关系二。
进一步地,以环量激励器流量特性参数为神经网络的输入层,以引气系统参数、阀门开度为输出进行神经网络训练得到流量控制策略(即:环量激励器流量与所述阀门开度、引气系统参数的连续映射关系)。具体的:如输入层为,输出层为、、;如输入层为,输出层为、、;如输入层为,输出层为、、等等,其他的输入层输出层的组合这里就不再一一例举。
上述离散映射关系一、离散映射关系二得到的环量激励器流量值的离散点与阀门开度、引气系统参数之间的关系;而连续映射关系是环量激励器一段连续的流量值与阀门开度、引气系统参数之间的关系;所以通过在控制策略中输入所述一段连续的流量值中的任意流量值,控制策略就会输出对应的引气系统参数和阀门开度。所以通过控制策略就能实现引气系统、阀门对环量激励器流量的控制。
基于此还可以建立环量激励器参数:流量、压力和温度之间稳定的离散关系,为环量激励器的设计提供参考。
实施例2
为了获得实施例1中的参数,本实施例提供了一种环量激励器参数测量试验平台,当然,对于实施例1中的参数还可以通过其他装置或方法获得,而本实施例提供了一种更加精确的参数测量试验平台。
如图1、图2所示,本实施例的一种环量激励器100参数测量试验平台包括环量激励器100、舵机200、阀门300、变径管400、高温文丘里流量计500和气源系统600,所述气源系统600连接变径管400直径小的一端,所述变径管400直径大的一端连接高温文丘里流量计500,所述高温文丘里流量计500连接所述阀门300,所述阀门300分别与环量激励器100和舵机200连接。
其中气源系统600是具有模拟出引气系统的中具有一定温度和压强的气体的一类装置;
舵机200与阀门300连接,舵机200能够实现阀门300开度的精确控制;
本实施例中,通过高温文丘里流量计500测量单位时间内流经所述环量激励器100的质量流量,该质量流量可以直接通过高温文丘里流量计500获得;
如图3所示,本实施例提供了一种高温文丘里流量计500,包括入口管道510、出口管道520、总压耙530、总温度传感器540、文丘里管550、温度传感器四560、压力传感器三570,所述变径管400连接入口管道510,所述入口管道510连接连接出口管道520,所述总温度传感器540和总压耙530设置在入口管道510上,所述文丘里管550设置在入口管道510和出口管道520的连接处,所述出口管道520上设置压力传感器三570和温度传感器四560;本实施例提出的上述的高温文丘里流量计500能够测量单位时间内流经所述环量激励器100的质量流量,具体的计算本实施例中就不再详细赘述。高温文丘里流量计500还可以连接控制器,控制器通过高温文丘里流量计500的测量值计算出单位时间内流经所述环量激励器100的质量流量。
变径管400用于气源系统600与高温文丘里流量计500的连接;
环量激励器100是具有入口和出口的一种流道,本实施例中,环量激励器100的入口与所述阀门300连接;环量激励器100对应实施例1中的环量激励器100;
阀门300对应实施例1中的阀门300。
需要说明的是,上述阀门300、变径管400、高温文丘里流量计500和气源系统600等等的连接均可以通过管道连接;当然对于高温文丘里流量计500来说,由于高温文丘里流量计500自身包括管道(如入口管道510、出口管道520),所以可以使用高温文丘里流量计500自身的入口管道510与变径管400连接,也可以使用出口管道520与阀门300连接。
在环量激励器参数测量试验前,先获得引气系统参数,如实施例1中的压力、温度;测量试验前准备,关闭阀门300,通过控制气源系统600使气源系统600和阀门300之间的管道(如变径管400、高温文丘里流量计500等)中均充满压力、温度为的气体,就达到了模拟引气系统的目的;在此基础上,通过舵机200控制阀门300打开,同时舵机200控制阀门300的开度,高温文丘里流量计500测量获得环量激励器100的质量流量。
需要说明的是:虽然气体是先经过高温文丘里流量计500再进入环量激励器100,但是在阀门300关闭时,高温文丘里流量计500里的气体是没有向前流动的,就不存在质量流量,在打开阀门300后,高温文丘里流量计500里的气体向前流动,而该向前流动的气体的流量是阀门300开度决定的,同时该向前流动的气体向前流动进入了环量激励器100,也即环量激励器100的流量,所以高温文丘里流量计500测量的质量流量就是环量激励器100的质量流量。
进一步地,在某些实施例中,还包括温度传感器一700和/或压力传感器一800,所述温度传感器一700和/或压力传感器一800设置在所述环量激励器100内。在此结构的基础上,在测量环量激励器100质量流量的同时,还能测量环量激励器100的压力和温度。
进一步地,在某些实施例中,所述阀门300设置多个,所述多个阀门300分别都连接有环量激励器100。流道大小不同的环量激励器100在具有同样质量流量的基础,压力和温度会存在差异;所以设置多个阀门300,多个阀门300上可以连接可以流道大小不同的环量激励器100;在此结构的基础上,就能用于测量流道大小不同的环量激励器100的参数,为环量激励器100的设计提供参考。
进一步地,在某些实施例中,所述气源系统600包括供气机构610、过滤器620、安全排气阀630、空气缓冲器640、压力传感器二和升温机构650,所述升温机构650包括加热管道、电加热器、温度传感器二和温度传感器三,所述加热管道入口设置温度传感器二,所述加热管道出口设置温度传感器三,位于所述加热管道入口和所述加热管道的出口之间设置电加热器;
所述供气机构610连接所述过滤器620,所述过滤器620分别与所述安全排气阀630和所述空气缓冲器640连接,所述空气缓冲器640内设置压力传感器二,所述空气缓冲器640连接所述加热管道入口,所述加热管道出口连接高温文丘里流量计500。
其中:过滤器620用于过滤气体中的杂质;
安全排气阀630用于安全保护,安全排气阀630具有一个安全压力(本领域技术人员在使用时,根据经验进行设定),超压时(即大于安全压力)安全排气阀630排气;
供气机构610是具有能够提供具有压力和温度的气体的一类装置,本实施例中的供气机构610供气时设定供气参数为:引气系统参数压力、温度,即供气机构610向过滤器620通入压力、温度的气体;因为管道里面本来就有气体,所以进入管道的压力、温度的气体会温度和压力可能会波动,所以设置压力传感器二,以保证管道内的气体压力、温度为,实现引气系统参数模拟;
空气缓冲器640是一个大管径的气罐,用于增加管道中的气容;空气缓冲器640与供气机构610组合使用,具有提高气体压力稳定性的优点;
压力传感器二的测量值压力也需要与引气系统参数压力相等;在温度满足的基础上,压力传感器二的压力值小于,则可以通过调节供气机构610的供气压力使压力传感器二的压力等于;待压力传感器二的压力值等于后,调节供气机构610的供气压力等于;
若供气机构610通入的气体温度满足,但是可能存在温度损耗,所以设置了升温机构650,通过升温机构650的温度传感器二判断是否需要进行加热,具体为:温度传感器二检测到的温度值小于,控制电加热器加热,当温度传感器三检测到的温度值等于,此时的电加热器的加热功率即为需要的加热功率,在进行环量激励器100参数测量试验中电加热器就按所述加热功率工作;
基于上述的气源系统600结构,使得测量的环量激励器100参数更加精确。
但是需要说明的是,对于压力和温度的损耗,存在可以忽略不计的情况,在忽略不计的情况下所以所述气源系统600可以没有压力传感器二和升温机构650,就通过引气机构通入压力、温度的气体就可以实现模拟引气系统参数。
进一步地,在某些实施例中,如图3所示,所述高温文丘里流量计500的入口管道510中设置有蜂窝器900。
进一步地,在某些实施例中,还包括电驱动针阀1000,所述电驱动针阀1000设置在所述升温机构650和变径管400之间,即电驱动针阀1000一端连接升温机构650的加热管道出口,另一端连接变径管400。在环量激励器100参数测量试验前,需要将管道内的气体控制在温度、压力,在没有电驱动针阀1000时,需将阀门300与供气机构610之间的管道中气体控制为温度、压力,而设置了电驱动针阀1000,仅仅需要将电驱动针阀1000与供气机构610之间的管道中气体控制为温度、压力(具体的控制方法前文已经描述,这里就不再详细赘述);所以阀门300与电驱动针阀1000之间的管道内的气体就不需要加热了,具有节约能源的优点。在环量激励器100参数测量试验时,需要先将电驱动针阀1000与供气机构610之间的管道中温度、压力的气体通入到阀门300和电驱动针阀1000之间的管道中(即需要将阀门300与电驱动针阀1000之间的管道内不符合要求的气体排出),具体的操作是先打开阀门300,再打开电驱动针阀1000,一段时间后,关闭阀门300,就可以进行环量激励器100参数测量试验。
进一步地,在某些实施例中,还包括控制器,控制器可以为电脑、控制柜等,控制器能够用于升温机构650、供气机构610、舵机200等的自动化控制,并与升温机构650、供气机构610、舵机200、压力传感器(包括压力传感器一800、压力传感器二)、温度传感器(包括温度传感器一700、温度传感器二、温度传感器三)、高温文丘里流量计500等实现信息交互。
进一步地,在某些实施例中,一种环量激励器100参数测量试验平台还包括支撑架和台面,所述台面设置在支撑架上,所述环量激励器100、舵机200、阀门300、变径管400、高温文丘里流量计500设置在台面上,所述气源系统600设置在支撑架上;基于此机构更便于环量激励器100参数测试,同时还具有方便移动的优点。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已,并不用以限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种获得环量激励器流量控制策略的方法,其特征在于,包括如下步骤:
S100:设计引气系统参数,所述引气系统参数包括压力和温度;
S200:在设计的引气系统参数条件下进行环量激励器参数测量试验,控制阀门开度,进行环量激励器参数测量,所述环量激励器参数包括流量;
S300:根据步骤S200中的环量激励器参数测量,建立所述引气系统参数与所述阀门开度的离散映射关系一;建立所述阀门开度与所述激励器参数的离散映射关系二;
S400:基于离散映射关系一和离散映射关系二,进行神经网络训练,得到所述引气系统参数与所述阀门开度、所述激励器参数的连续映射;
环量激励器流量控制策略包括连续映射关系。
2.如权利要求1所述的一种获得环量激励器流量控制策略的方法,其特征在于:所述环量激励器参数还包括压力、温度中的一种或多种。
3.一种环量激励器参数测量试验平台,用于对权利要求1-2任意一项所述的获得环量激励器流量控制策略的方法中环量激励器参数测量,其特征在于:包括环量激励器、舵机、阀门、变径管、高温文丘里流量计和气源系统,所述气源系统连接变径管直径小的一端,所述变径管直径大的一端连接高温文丘里流量计,所述高温文丘里流量计连接所述阀门,所述阀门分别与环量激励器和舵机连接。
4.如权利要求3所述的一种环量激励器参数测量试验平台,其特征在于:还包括温度传感器一和/或压力传感器一,所述温度传感器一和/或压力传感器一设置在所述环量激励器内。
5.如权利要求3所述的一种环量激励器参数测量试验平台,其特征在于:所述阀门设置多个,所述多个阀门分别都连接有环量激励器。
6.如权利要求3所述的一种环量激励器参数测量试验平台,其特征在于:所述气源系统包括供气机构、过滤器、安全排气阀、空气缓冲器、压力传感器二和升温机构,所述升温机构包括加热管道、电加热器、温度传感器二和温度传感器三,所述加热管道入口设置温度传感器二,所述加热管道出口设置温度传感器三,位于所述加热管道入口和所述加热管道的出口之间设置电加热器;
所述供气机构连接所述过滤器,所述过滤器分别与所述安全排气阀和所述空气缓冲器连接,所述空气缓冲器内设置压力传感器二,所述空气缓冲器连接所述加热管道入口,所述加热管道出口连接高温文丘里流量计。
7.如权利要求3所述的一种环量激励器参数测量试验平台,其特征在于:所述高温文丘里流量计的入口管道中设置有蜂窝器。
8.如权利要求3所述的一种环量激励器参数测量试验平台,其特征在于:还包括电驱动针阀,所述电驱动针阀设置在所述升温机构和变径管之间。
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