CN116719225A - 一种带延迟喷口作动系统的预估补偿控制方法及装置 - Google Patents

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CN116719225A CN202310771781.3A CN202310771781A CN116719225A CN 116719225 A CN116719225 A CN 116719225A CN 202310771781 A CN202310771781 A CN 202310771781A CN 116719225 A CN116719225 A CN 116719225A
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哈菁
李文涛
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    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B11/00—Automatic controllers
    • G05B11/01—Automatic controllers electric
    • G05B11/36—Automatic controllers electric with provision for obtaining particular characteristics, e.g. proportional, integral, differential
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Abstract

本申请属于发动机控制技术领域，具体涉及一种带延迟喷口作动系统的预估补偿控制方法及装置。该方法包括步骤S1、获取发动机输出的涡轮总落压比实际值；步骤S2、通过补偿函数进行补偿，补偿函数为A8闭环伺服回路传递函数、发动机传递函数以及通讯延迟的组合函数；步骤S3、确定涡轮总落压比给定值与补偿后的值之间的偏差；步骤S4、根据偏差确定喷口面积给定值；步骤S5、将喷口面积给定值经中央控制器传递给尾喷管调节控制器；步骤S6、基于喷口面积给定值，以及由A8闭环伺服回路传递函数对输出的喷口面积实际值A8进行喷口面积的PID控制；步骤S7、经发动机传递函数输出涡轮总落压比实际值。本申请提高了系统的稳定裕度。

Description

一种带延迟喷口作动系统的预估补偿控制方法及装置
技术领域
本申请属于发动机控制技术领域，具体涉及一种带延迟喷口作动系统的预估补偿控制方法及装置。
背景技术
当前发动机对尾喷管的控制过程包括：由上层控制系统给出涡轮总落压比给定值，根据发动机输出的涡轮总落压比实际值在外环PID控制策略下，由涡轮控制器输出喷口形成喷口面积给定值，涡轮控制器将喷口面积给定值A8Dem发动给中央协同控制器，再由中央协同控制器发送给尾喷管调节控制器，如图2所示，尾喷管调节控制器通过内环PID控制，控制执行机构输出喷口面积实际值，然后由发动机监测获得实际的涡轮总落压比实际值，参与前述的外环PID控制。
对于发动机分布式控制系统，如果采用总线通讯的方式实现对喷口作动系统的控制，即由中央协同控制器发送A8Dem指令到尾喷管调节控制器，尾喷管调节控制器即时调节满足发动机的工作状态需要。由于控制器通讯周期带来的固定周期的通讯延迟，影响了系统的稳态和动态性能，通讯时滞带来的直接影响是降低了系统的稳定裕度，或者系统为了具备一定的稳定裕度必须要降低系统的响应速度。由于喷口与发动机是强耦合系统，需要解决时滞对系统的影响。
目前，针对时滞系统采用的方法一般为根据系统的特性来调整PID参数的微分项系数，来达到矫正系统时滞的目的。通过调整微分项系数来达到矫正系统时滞的目的，效果并不十分明显；工程上，如果系统采用PID调节算法对微分项的使用比较慎重，一般在发动机的喷口大闭环控制中不使用微分项。
发明内容
为了解决上述问题，本申请提供一种带延迟喷口作动系统的预估补偿控制方法及装置，通过在喷口控制大闭环的反馈端增加补偿，来达到抵消掉时滞的目的。
本申请第一方面提供了一种带延迟喷口作动系统的预估补偿控制方法，主要包括：
步骤S1、获取发动机输出的涡轮总落压比实际值πt；
步骤S2、通过补偿函数对所述涡轮总落压比实际值进行补偿，所述补偿函数为A8闭环伺服回路传递函数、发动机传递函数以及通讯延迟的组合函数；
步骤S3、确定涡轮控制器计算的涡轮总落压比给定值πtDem与补偿后的涡轮总落压比值之间的偏差；
步骤S4、根据所述偏差确定喷口面积给定值A8Dem；
步骤S5、将所述喷口面积给定值A8Dem经中央控制器传递给尾喷管调节控制器；
步骤S6、由尾喷管调节控制器控制基于所述喷口面积给定值A8Dem，以及由A8闭环伺服回路传递函数G(s)对输出的喷口面积实际值A8进行喷口面积的PID控制；
步骤S7、经发动机传递函数GC(s)输出涡轮总落压比实际值πt。
优选的是，步骤S2中，所述补偿函数为GC(s)G(s)(1-e-τs)，其中，GC(s)为发动机传递函数，G(s)为A8闭环伺服回路传递函数，e-τs为通讯延迟，τ为延迟时间，s为复变量。
优选的是，步骤S2进一步包括确定所述A8闭环伺服回路传递函数：
通过小阶跃试验确定多个作动筒位移给定值及对应的多个作动筒反馈值；
通过matlab的辨识工具箱或采用辨识算法确定A8闭环伺服回路传递函数。
优选的是，步骤S2进一步包括确定所述发动机传递函数：
通过小阶跃试验确定多个喷口面积给定值；
确定与各喷口面积给定值对应的油门杆；
基于喷口面积开环控制确定与各油门杆对应的涡轮总落压比反馈值；
通过matlab的辨识工具箱或采用辨识算法确定发动机传递函数。
优选的是，步骤S2进一步包括确定所述通讯延迟：
在通讯协议中加入发送方帧计数字节与反馈帧计数字节，每发送一帧数据计数值加一；
确定记录一个设定发送包里的帧计数m发送时间为T1，当接收到反馈帧计数m的时间为T2，则确定延迟时间τ＝T2-T1；
基于延迟时间τ确定通讯延迟。
本申请第二方面提供了一种带延迟喷口作动系统的预估补偿控制装置，主要包括：
落压比获取模块，用于获取发动机输出的涡轮总落压比实际值πt；
补偿模块，用于通过补偿函数对所述涡轮总落压比实际值进行补偿，所述补偿函数为A8闭环伺服回路传递函数、发动机传递函数以及通讯延迟的组合函数；
偏差计算模块，用于确定涡轮控制器计算的涡轮总落压比给定值πtDem与补偿后的涡轮总落压比值之间的偏差；
喷口面积外环PID控制模块，用于根据所述偏差确定喷口面积给定值A8Dem；
通讯模块，用于将所述喷口面积给定值A8Dem经中央控制器传递给尾喷管调节控制器；
喷口面积内环PID控制模块，用于由尾喷管调节控制器控制基于所述喷口面积给定值A8Dem，以及由A8闭环伺服回路传递函数G(s)对输出的喷口面积实际值A8进行喷口面积的PID控制；
落压比输出模块，用于经发动机传递函数GC(s)输出涡轮总落压比实际值πt。
本申请通过试验获得的较为准确的传递函数和系统的延迟时间，通过预估补偿算法架构调整控制算法，抵消掉通讯延迟带来的时滞，提高了系统的稳定裕度。
附图说明
图1为本申请带延迟喷口作动系统的预估补偿控制方法一优选实施例的流程图。
图2为现有喷口控制策略框图。
具体实施方式
为使本申请实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施方式中的附图，对本申请实施方式中的技术方案进行更加详细的描述。在附图中，自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。所描述的实施方式是本申请一部分实施方式，而不是全部的实施方式。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，旨在用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。基于本申请中的实施方式，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本申请保护的范围。下面结合附图对本申请的实施方式进行详细说明。
本申请第一方面提供了一种带延迟喷口作动系统的预估补偿控制方法，如图1所示，主要包括：
步骤S1、获取发动机输出的涡轮总落压比实际值πt；
步骤S2、通过补偿函数对所述涡轮总落压比实际值进行补偿，所述补偿函数为A8闭环伺服回路传递函数、发动机传递函数以及通讯延迟的组合函数；
步骤S3、确定涡轮控制器计算的涡轮总落压比给定值πtDem与补偿后的涡轮总落压比值之间的偏差；
步骤S4、根据所述偏差确定喷口面积给定值A8Dem；
步骤S5、将所述喷口面积给定值A8Dem经中央控制器传递给尾喷管调节控制器；
步骤S6、由尾喷管调节控制器控制基于所述喷口面积给定值A8Dem，以及由A8闭环伺服回路传递函数G(s)对输出的喷口面积实际值A8进行喷口面积的PID控制；
步骤S7、经发动机传递函数GC(s)输出涡轮总落压比实际值πt。
本申请通过设置补偿函数，在步骤S2中，通过补偿函数对涡轮总落压比实际值πt进行补偿，之后在步骤S3中，参与涡轮总落压比给定值πtDem的外环PID控制。
在一些可选实施方式中，步骤S2中，所述补偿函数为GC(s)G(s)(1-e-τs)，其中，GC(s)为发动机传递函数，G(s)为A8闭环伺服回路传递函数，e-τs为通讯延迟，τ为延迟时间，s为复变量。
该实施例中，根据A8控制回路的架构和通讯延迟位置，采用Smith预估补偿算法设计该算法架构，补偿环节加在大闭环的反馈环节上，参考图1，根据算法架构可以看出需要确定三个环节，即A8小闭环伺服回路的传递函数GC(s)，从A8实际到πt实际的发动机传递函数G(s)，通讯延迟的延迟时间τ。根据这三个环节确定补偿环节为：GC(s)G(s)(1-e-τs)。备选实施方式中，也可以采用其他补偿方法，例如Markov链等。
在一些可选实施方式中，步骤S2进一步包括确定所述A8闭环伺服回路传递函数：
通过小阶跃试验确定多个作动筒位移给定值及对应的多个作动筒反馈值；
通过matlab的辨识工具箱或采用辨识算法确定A8闭环伺服回路传递函数。
该实施例中，小阶跃试验是指输入值小幅度变化，即多个作动筒位移给定值之间的偏差较小，通过A8小闭环伺服回路的小阶跃试验，获取传递函数，确定作动筒位移的阶跃量，在阶跃量下给定作动筒的输入值(作动筒位移给定值)，记录输出值(作动筒反馈值)，之后根据输入输出使用matlab辨识工具箱进行辨识，或采用辨识算法完成传递函数的辨识。
在一些可选实施方式中，步骤S2进一步包括确定所述发动机传递函数：
通过小阶跃试验确定多个喷口面积给定值；
确定与各喷口面积给定值对应的油门杆；
基于喷口面积开环控制确定与各油门杆对应的涡轮总落压比反馈值；
通过matlab的辨识工具箱或采用辨识算法确定发动机传递函数。
通过喷口A8在整机上的开环试验，确定A8实际到πt实际的发动机传递函数，给定A8的阶跃量，计算A8的阶跃量对应油门杆的阶跃量，需要更改软件为A8开环控制，推动油门杆，记录A8实际和πt实际。之后同样通过辨识算法确定发动机传递函数。
在一些可选实施方式中，步骤S2进一步包括确定所述通讯延迟：
在通讯协议中加入发送方帧计数字节与反馈帧计数字节，每发送一帧数据计数值加一；
确定记录一个设定发送包里的帧计数m发送时间为T1，当接收到反馈帧计数m的时间为T2，则确定延迟时间τ＝T2-T1；
基于延迟时间τ确定通讯延迟。
该实施例中，通过半物理的联调试验，确定延迟时间，由中央控制器发送A8指令，在通讯协议中约定发送方帧计数字与反馈帧计数字，计数从综合控制器或涡轮基控制器开始发送数据帧开始，从0开始按0—65535循环计数，每发送一帧数据计数值加1，直到通讯结束，中间不能间断。“反馈帧计数字”，为上一周期使用的帧的帧计数字，之后即可以根据计时同样的计数所使用的时间来确定传输延迟。
通过仿真，本申请能够确定加入补偿算法的带延迟的系统可以补偿到不带延迟的系统效果，本申请可以不调整PID参数，优化算法架构来优化系统，可以做到工程上可以应用的控制算法，可以将系统的响应特性达到无时滞的系统响应特性。
本申请第二方面提供了一种与上述方法对应的带延迟喷口作动系统的预估补偿控制装置，主要包括：
落压比获取模块，用于获取发动机输出的涡轮总落压比实际值πt；
补偿模块，用于通过补偿函数对所述涡轮总落压比实际值进行补偿，所述补偿函数为A8闭环伺服回路传递函数、发动机传递函数以及通讯延迟的组合函数；
偏差计算模块，用于确定涡轮控制器计算的涡轮总落压比给定值πtDem与补偿后的涡轮总落压比值之间的偏差；
喷口面积外环PID控制模块，用于根据所述偏差确定喷口面积给定值A8Dem；
通讯模块，用于将所述喷口面积给定值A8Dem经中央控制器传递给尾喷管调节控制器；
喷口面积内环PID控制模块，用于由尾喷管调节控制器控制基于所述喷口面积给定值A8Dem，以及由A8闭环伺服回路传递函数G(s)对输出的喷口面积实际值A8进行喷口面积的PID控制；
落压比输出模块，用于经发动机传递函数GC(s)输出涡轮总落压比实际值πt。
虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施方案对本申请作了详尽的描述，但在本申请基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本申请精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本申请要求保护的范围。

Claims (6)

1.一种带延迟喷口作动系统的预估补偿控制方法，其特征在于，包括：
步骤S1、获取发动机输出的涡轮总落压比实际值πt；
步骤S2、通过补偿函数对所述涡轮总落压比实际值进行补偿，所述补偿函数为A8闭环伺服回路传递函数、发动机传递函数以及通讯延迟的组合函数；
步骤S3、确定涡轮控制器计算的涡轮总落压比给定值πtDem与补偿后的涡轮总落压比值之间的偏差；
步骤S4、根据所述偏差确定喷口面积给定值A8Dem；
步骤S5、将所述喷口面积给定值A8Dem经中央控制器传递给尾喷管调节控制器；
步骤S6、由尾喷管调节控制器控制基于所述喷口面积给定值A8Dem，以及由A8闭环伺服回路传递函数G(s)对输出的喷口面积实际值A8进行喷口面积的PID控制；
步骤S7、经发动机传递函数GC(s)输出涡轮总落压比实际值πt。
2.如权利要求1所述的带延迟喷口作动系统的预估补偿控制方法，其特征在于，步骤S2中，所述补偿函数为GC(s)G(s)(1-e-τs)，其中，GC(s)为发动机传递函数，G(s)为A8闭环伺服回路传递函数，e-τs为通讯延迟，τ为延迟时间，s为复变量。
3.如权利要求1所述的带延迟喷口作动系统的预估补偿控制方法，其特征在于，步骤S2进一步包括确定所述A8闭环伺服回路传递函数：
通过小阶跃试验确定多个作动筒位移给定值及对应的多个作动筒反馈值；
通过matlab的辨识工具箱或采用辨识算法确定A8闭环伺服回路传递函数。
4.如权利要求1所述的带延迟喷口作动系统的预估补偿控制方法，其特征在于，步骤S2进一步包括确定所述发动机传递函数：
通过小阶跃试验确定多个喷口面积给定值；
确定与各喷口面积给定值对应的油门杆；
基于喷口面积开环控制确定与各油门杆对应的涡轮总落压比反馈值；
通过matlab的辨识工具箱或采用辨识算法确定发动机传递函数。
5.如权利要求1所述的带延迟喷口作动系统的预估补偿控制方法，其特征在于，步骤S2进一步包括确定所述通讯延迟：
在通讯协议中加入发送方帧计数字节与反馈帧计数字节，每发送一帧数据计数值加一；
确定记录一个设定发送包里的帧计数m发送时间为T1，当接收到反馈帧计数m的时间为T2，则确定延迟时间τ＝T2-T1；
基于延迟时间τ确定通讯延迟。
6.一种带延迟喷口作动系统的预估补偿控制装置，其特征在于，包括：
落压比获取模块，用于获取发动机输出的涡轮总落压比实际值πt；
补偿模块，用于通过补偿函数对所述涡轮总落压比实际值进行补偿，所述补偿函数为A8闭环伺服回路传递函数、发动机传递函数以及通讯延迟的组合函数；
偏差计算模块，用于确定涡轮控制器计算的涡轮总落压比给定值πtDem与补偿后的涡轮总落压比值之间的偏差；
喷口面积外环PID控制模块，用于根据所述偏差确定喷口面积给定值A8Dem；
通讯模块，用于将所述喷口面积给定值A8Dem经中央控制器传递给尾喷管调节控制器；
喷口面积内环PID控制模块，用于由尾喷管调节控制器控制基于所述喷口面积给定值A8Dem，以及由A8闭环伺服回路传递函数G(s)对输出的喷口面积实际值A8进行喷口面积的PID控制；
落压比输出模块，用于经发动机传递函数GC(s)输出涡轮总落压比实际值πt。
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