CN116146483A

CN116146483A - 一种电动燃油泵复合控制方法

Info

Publication number: CN116146483A
Application number: CN202310179488.8A
Authority: CN
Inventors: 曹力; 吴文坤; 施道龙; 卓亮; 邹继斌; 胡岩; 安南禹
Original assignee: Guizhou Aerospace Linquan Motor Co Ltd
Current assignee: Guizhou Aerospace Linquan Motor Co Ltd
Priority date: 2023-02-27
Filing date: 2023-02-27
Publication date: 2023-05-23
Anticipated expiration: 2043-02-27
Also published as: CN116146483B

Abstract

本发明提供了一种电动燃油泵复合控制方法，包括如下步骤：①初始化：电动燃油泵工作，点火发动机，从总控接收当前时刻kT的燃油质量流量设定值；②获取传感读值：从密度传感器测量并获取燃油密度，并计算得到燃油体积流量；③计算开环控制量；④计算闭环控制量；⑤计算转速偏差；⑥输出控制。本发明将开环控制和闭环控制进行结合，有效利用开环控制的快速性和闭环控制的准确性，从而同时保证快响应和高精度，开环控制起主导作用，保证燃油流量供应的快速性，闭环控制起修正作用，逐步修正燃油流量误差，提高流量控制精度。

Description

一种电动燃油泵复合控制方法

技术领域

本发明涉及一种电动燃油泵复合控制方法。

背景技术

中小型涡轮喷气发动机广泛应用于各类飞行器的动力系统，而这类发动机需要增压泵等组件提供燃油。燃油泵就是燃油供应系统的核心组件，用于燃油的增压和流量调控。电动燃油泵区别于传统的液压控制燃油泵，其运行通过控制电机转速，调节燃油流量，因此没有复杂的液压系统和传动组件，具有简单可靠，质量轻便，控制灵活等特点。本专利所指的电动燃油泵是齿轮泵，和传统液压齿轮泵相比，可以采用控制器对电机的转速实现开环或闭环控制，最终实现调节流量的目的。

电动泵燃油泵的流量控制方案主要可以分为开环控制和闭环控制。开环控制方案是根据温度传感器测得的燃油温度，通过公式换算得到燃油密度；再利用燃油密度和目标燃油质量流量得到待设定的燃油体积流量；然后通过上游和下游的压力传感器得到电动泵的进口和出口之间的压力差。最后利用实验拟合得到的公式，代入压力差和体积流量，得到所需电动泵转速。将逐步计算得到的所需电动泵转速写入控制器，电动燃油泵依据设定转速运行，即可得到所需的燃油流量。开环控制方案的响应速度快，实时性强，但无法保证设定值变化，密度变化和进出口压差变化所带来的扰动问题，流量控制精度不高。

闭环控制方案是依旧当前燃油温度，将设定的质量流量转为设定体积流量；再通过涡轮流量计得到当前的实时体积流量；将设定体积流量与实时体积流量作差，得到流量控制偏差；通过流量控制偏差，逐步调整电动燃油泵转速，从而实现燃油流量的精确控制。闭环控制方案是通过流量反馈，实时调整电动燃油泵转速，控制精度高，抗干扰能力强，但无法同时保证快响应和高精度。因为转速是依据流量偏差进行反馈的，流量传感器的响应时间慢，因此存在时间滞后问题，实时响应性不够。

但是，现有技术中单一采用开环控制方案或闭环控制方案的控制方案下，开环控制方案的响应速度快，实时性强，但无法保证设定值变化和进出口压差变化所带来的扰动问题，流量控制精度不高；闭环控制方案是通过流量反馈，实时调整电动燃油泵转速，控制精度高，抗干扰能力强，但无法同时保证快响应和高精度。因为转速是依据流量偏差进行反馈的，流量传感器的响应时间慢，因此存在时间滞后问题，实时响应性不够。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供了一种电动燃油泵复合控制方法，该电动燃油泵复合控制方法将开环控制和闭环控制进行结合，有效利用开环控制的快速性和闭环控制的准确性，从而同时保证快响应和高精度，开环控制起主导作用，保证燃油流量供应的快速性，闭环控制起修正作用，逐步修正燃油流量误差，提高流量控制精度。

本发明通过以下技术方案得以实现。

本发明提供的一种电动燃油泵复合控制方法，包括如下步骤：

①初始化：电动燃油泵工作，点火发动机，从总控接收当前时刻kT的燃油质量流量设定值Q_M-real(k)；

②获取传感读值：从密度传感器测量并获取燃油密度ρ(k)，并计算得到燃油体积流量Q_V-real(k)；

③计算开环控制量：从电动燃油泵的进口和出口处的压力传感器读值进口压力P_in(k)和出口压力P_out(k)，根据燃油密度ρ(k)、燃油体积流量Q_V-real(k)、进口压力P_in(k)和出口压力P_out(k)计算得到开环设定转速N_open(k)；

④计算闭环控制量：根据PID计算闭环控制量ΔN(k)；

⑤计算转速偏差：根据开环设定转速N_open(k)和实际转速N_real(k)计算转速偏差|ε(k)|；

⑥输出控制：根据转速偏差|ε(k)|是否小于预设值，小于则向电动燃油泵的驱动器写入开环设定转速N_open(k)，否则写入闭环控制量ΔN(k)，写入后返回至步骤②进入下一控制周期。

所述转速偏差|ε(k)|采用如下方式计算：

其中，N_open(k)为开环设定转速，N_real(k)为实际转速。

所述预设值为2％。

所述闭环控制量ΔN(k)采用如下方式计算：

ΔN(k)＝K_p·{e(k)-e(k-1)}+K_i·e(k)+K_d·{e(k)-2e(k-1)+e(k-2)}。

所述燃油体积流量Q_V-real(k)通过如下方式计算得到：

其中，ρ(k)为燃油密度，Q_M-real(k)为燃油质量流量设定值。

所述开环设定转速N_open(k)通过如下方式计算得到：

N_open(k)＝c₁+c₂Q_V-real(k)+c₃Δp(k)+c₄Q_V-real(k)·Δp(k)+c₅Δp(k)²+c₆Q_V-real(k)²

Δp(k)＝p_out(k)-p_in(k)

其中，ρ(k)为燃油密度、Q_V-real(k)为燃油体积流量、P_in(k)为进口压力，P_out(k)为出口压力，c₁、c₂、c₃、c₄、c₅、c₆均为拟合系数。

所述拟合系数c₁、c₂、c₃、c₄、c₅、c₆通过测试数据建模计算得出。

所述密度传感器为振筒式密度传感器。

本发明的有益效果在于：响应快，开环控制的输出结果，用于快速电动燃油泵转速，使得实际燃油质量流量迅速达到目标燃油质量流量附近，保证了流量响应的快速性；控制精度高，闭环控制的输出结果，用于精确修正燃油质量流量偏差，依据流量偏差逐步调整转速并修正实时燃油质量流量，保证了流量控制的准确性；抗干扰性强，实时采集密度、燃油泵进口压力、燃油泵出口压力，同时加上拟合的多项式公式，可以提前补偿密度变化，压力变化，设定值变化等扰动的影响。进入闭环控制阶段时，实时采集燃油质量流量信息，可以通过反馈控制实时调整转速，补偿流量偏差；总体而言，基于密度，压力，流量等多物理量的采集，可保证控制器具有良好的感知能力和抗干扰性。

附图说明

图1是本发明的流程图。

具体实施方式

下面进一步描述本发明的技术方案，但要求保护的范围并不局限于所述。

实施例1

如图1所示的一种电动燃油泵复合控制方法，包括如下步骤：

④计算闭环控制量：根据PID计算闭环控制量ΔN(k)；

实施例2

基于实施例1，所述转速偏差|ε(k)|采用如下方式计算：

其中，N_open(k)为开环设定转速，N_real(k)为实际转速。

实施例3

基于实施例1，所述预设值为2％。

实施例4

基于实施例1，所述闭环控制量ΔN(k)采用如下方式计算：

ΔN(k)＝K_p·{e(k)-e(k-1)}+K_i·e(k)+K_d·{e(k)-2e(k-1)+e(k-2）}。

实施例5

基于实施例1，所述燃油体积流量Q_V-real(k)通过如下方式计算得到：

其中，ρ(k)为燃油密度，Q_M-real(k)为燃油质量流量设定值。

实施例6

基于实施例1，所述开环设定转速N_open(k)通过如下方式计算得到：

Δp(k)＝p_out(k)-p_in(k)

实施例7

基于实施例6，所述拟合系数c₁、c₂、c₃、c₄、c₅、c₆通过测试数据建模计算得出。

实施例8

基于实施例1，所述密度传感器为振筒式密度传感器。

实施例9

基于上述实施例，齿轮泵是通过利用两组齿轮的配合旋转，改变泵体形成的密闭空间内的体积，实现燃油流量的吸入、挤压和排出等功能，是一种具有自吸能力的增压泵。与传统燃油泵不同，电动燃油泵直接通过改变电机转速，从而调整燃油泵转速，实现燃油供给。

电动燃油泵的流量计算公式如下：

Q_V-real＝q_LN·η(Δp，N)其中，Q_V-real为电动齿轮泵的实际体积流量；q_L是排量，即齿轮泵旋转一周排出的液体体积；N是转速；η(Δp,N)是容积效率，取决于充填损失和泄露损失，主要受进出口压差Δp和转速N影响，是非线性时变函数，主要通过实验获取。本专利所指的是双齿轮外啮合的齿轮泵，转速范围为2000至12000r/min。

通过上式看出，实际体积流量Q_V-real由转速N和进出口压力差Δp决定。因此，设定转速可利用实际体积流量Q_V-real和进出口压力差Δp获取。

基于此，本方案具体为：设定发动机控制周期为T，自发动机启动后开始，在发动机控制器中，时间被离散为0,T,2T…(K-1)T，kT，(K+1)T…。

第一步：发动机启动，电动燃油泵工作，逐步往燃烧室供给燃油，发动机点火。

第二步：发动机控制器获取燃油质量流量设定值Q_M-real(k)。当t＝kT时，发动机控制器接收飞行器总控制器传输的当前时刻kT的燃油质量流量设定值Q_M-real(k)。

第三步：计算当前时刻t＝kT时，开环控制的设定转速N_open(k)。

首先，采用振筒式密度传感器实时测量并获取燃油密度ρ(k)，计算得到燃油体积流量Q_V-real(k)。

其次，采用两个压力传感器实时测量得到电动燃油泵的进口压力P_in(k)和出口压力P_out(k),二者作差得到当前时刻kT进出口压差Δp(k)。

Δp(k)＝p_out(k)-p_in(k)

最后，将Q_V-rea/(k)、Δp(k)代入拟合的多项式公式得到当前时刻的设定转速N_open(k)。

第四步；计算当前时刻t＝kT时，闭环控制的输出ΔN(k)。

ΔN(k)＝K_p·{e(k)-e(k-1)}+K_i·e(k)+K_d·{e(k)-2e(k-1)+e(k-2)}

第五步：计算转速偏差|ε(k)|，并选择控制方案，将相应的输出转速写入电动燃油泵的驱动器。

首先，计算转速偏差|ε(k)|。

其次，判断|ε(k)|小于2％是否成立。

若|ε(k)|≥2％，仅启动开环控制。控制器向电动燃油泵的驱动器写入开环设定转速。驱动器写入的转速为N_write(k)。

N_write(k)＝N_open(k)若|ε(k)|＜2％，关闭开环控制输出，启动闭环控制方案。此时，驱动器写入的转速为N_write(k)。N_write(k)等于上一个控制周期的实时转速N_real(k-1)加上闭环控制输出的转速增量ΔN(k)，即可认为闭环控制是在原有的实时转速上，依据流量偏差逐步进行修正。

N_write(k)＝N_real(k-1)+ΔN(k)

第六步：时间t＝(k+1)T，若发动机控制器接受到总控制器传来下一个时刻的燃油质量流量设定值Q_M-real(k+1)，使得k＝k+1，返回第二步。若发动机控制器接受到总控制器的停机指令，电动燃油泵直接断电停转，工作结束。

由此，本发明：

A.通过开环控制与闭环控制结合的复合控制方法。开环控制的输出结果，用于快速电动燃油泵转速，使得实际燃油质量流量迅速达到目标燃油质量流量附近，保证了流量响应的快速性。闭环控制的输出结果，用于精确修正燃油质量流量偏差，依据流量偏差逐步调整转速并修正实时燃油质量流量，保证了流量控制的准确性。本专利的复合控制方法使得开环控制起主导作用，闭环控制起修正作用，二者相辅相成，同时保证了流量响应的快速性和准确性。

B.多物理量融合的控制思路，抗干扰能力强。实时采集密度、燃油泵进口压力、燃油泵出口压力、燃油质量流量等四种信号，实时改变电动燃油泵的开环控制方法。该复合控制方法是根据燃油的密度扰动，进出口压力差扰动，流量偏差的变化，给定值变化的四种物理量的扰动，依据拟合的流量与转速、压力差的多项式进行转速补偿，依据流量偏差进行流量补偿，从而达到快速控制流量的功能。

Claims

1.一种电动燃油泵复合控制方法，其特征在于：包括如下步骤：

④计算闭环控制量：根据PID计算闭环控制量ΔN(k)；

2.如权利要求1所述的电动燃油泵复合控制方法，其特征在于：所述转速偏差|ε(k)|采用如下方式计算：

其中，N_open(k)为开环设定转速，N_real(k)为实际转速。

3.如权利要求1所述的电动燃油泵复合控制方法，其特征在于：所述预设值为2％。

4.如权利要求1所述的电动燃油泵复合控制方法，其特征在于：所述闭环控制量ΔN(k)采用如下方式计算：

ΔN(k)＝K_d·{e(k)-e(k-1)}+K_i·e(k)+K_d·{e(k)-2e(k-1)+e(k-2)}。

5.如权利要求1所述的电动燃油泵复合控制方法，其特征在于：所述燃油体积流量Q_V-real(k)通过如下方式计算得到：

其中，ρ(k)为燃油密度，Q_M-real(k)为燃油质量流量设定值。

6.如权利要求1所述的电动燃油泵复合控制方法，其特征在于：所述开环设定转速N_open(k)通过如下方式计算得到：

Δp(k)＝p_out(k)-p_in(k)

7.如权利要求6所述的电动燃油泵复合控制方法，其特征在于：所述拟合系数c₁、c₂、c₃、c₄、c₅、c₆通过测试数据建模计算得出。

8.如权利要求1所述的电动燃油泵复合控制方法，其特征在于：所述密度传感器为振筒式密度传感器。