CN116820003B - 一种喷口总线通讯控制时滞阈值确定方法 - Google Patents
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Abstract
本申请属于发动机控制技术领域，具体涉及一种喷口总线通讯控制时滞阈值确定方法。该方法包括：步骤S1、对发动机喷口控制系统的延迟时间进行时延分类；步骤S2、确定总延迟与掉包时延的关系；步骤S3、进行时滞阈值仿真评估，不断增大延迟时间，确定涡轮总落压比摆动量超过阀值时的延迟时间；步骤S4、当延迟时间低于设定值时，对发动机喷口控制系统进行系统架构的修改；步骤S5、确定总线传输的最大时延许可值；步骤S6、确定总线传输延时；步骤S7、进行半物理试验，确定涡轮总落压比摆动量超过阀值时的延迟时间；步骤S8、当延迟时间低于设定值时，对发动机喷口控制系统进行系统架构的修改。本申请为喷口总线通讯系统的优化提供依据。
Description
技术领域
本申请属于发动机控制技术领域，具体涉及一种喷口总线通讯控制时滞阈值确定方法。
背景技术
当前发动机对尾喷管的控制过程如图2所示，主要包括：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3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。
由于控制器传输周期和总线通讯传输带来的固定周期的延迟，影响了系统的动态性能，时滞带来的直接影响是降低了系统的稳定裕度。因此需要研究一种评估方法，以评估发动机对该回路时滞的容忍阈值。
发明内容
为了解决上述问题，本申请提供一种喷口总线通讯控制时滞阈值确定方法，通过仿真和试验获得了发动机对喷口控制回路时滞的容忍度阈值，为喷口控制回路设计和优化提供依据。
本申请提供的喷口总线通讯控制时滞阈值确定方法，主要包括：
步骤S1、对发动机喷口控制系统的延迟时间进行时延分类，将时延分类中的计算周期带来的时延、通讯周期带来的时延以及总线传输掉包带来的掉包时延之和作为总延迟；
步骤S2、确定发动机喷口控制系统的各组成子系统的计算周期、通讯周期，并将计算周期与通讯周期作为最差情形下的时延，从而确定总延迟与掉包时延的关系；
步骤S3、进行时滞阈值仿真评估，不断增大延迟时间，在设定时间段内确定输入的涡轮总落压比给定值，与输出的涡轮总落压比反馈值之间的摆动量，记录摆动量初次超过阀值时的延迟时间，将该延迟时间作为第一时滞阈值；
步骤S4、当第一时滞阈值低于设定值时，对发动机喷口控制系统进行系统架构、控制算法和/或控制参数的修改，直至第一时滞阈值不低于设定值；
步骤S5、将第一时滞阈值作为总延迟，确定所述掉包时延，在抛除给定裕度的基础上，确定总线传输的最大时延许可值；
步骤S6、进行发动机喷口控制系统数据的总线传输试验，确定传输延时，当传输延时超过最大时延许可值时，对发动机喷口控制系统进行系统架构、控制算法和/或控制参数的修改；
步骤S7、进行半物理试验，将发动机喷口控制系统的各子系统进行连接，在每一个发动机历程试验中，不断增大延迟时间，在设定时间段内确定输入的涡轮总落压比给定值，与输出的涡轮总落压比反馈值之间的摆动量，记录摆动量初次超过阀值时的延迟时间，将该延迟时间作为各发动机历程的第二时滞阈值；
步骤S8、当第二时滞阈值低于设定值时，对发动机喷口控制系统进行控制算法和/或控制参数的修改，直至各第二时滞阈值不低于设定值。
优选的是，步骤S2中，确定发动机喷口控制系统的各组成子系统的计算周期、通讯周期包括：
确定发动机喷口控制系统的涡轮基小闭环的计算周期及通讯周期；
确定发动机喷口控制系统的中央协同控制器通讯周期；
确定尾喷管调节控制器的计算周期及通讯周期。
优选的是，步骤S3及步骤S7中，以10ms为起始延迟时间，以10ms为步长不断增大延迟时间。
优选的是，步骤S3中，所述设定时间为20ms。
优选的是，步骤S6中，通过在发动机喷口控制系统数据中增加发送方帧计数字节与反馈帧计数字节确定传输延时。
优选的是，步骤S7中，发动机历程试验包括：
由慢车状态到中间状态、由中间状态到小加力状态、由小加力状态到中间状态、由中间状态到慢车状态的第一发动机历程试验；
由慢车状态到小加力状态、由小加力状态到慢车状态的第二发动机历程试验；
由慢车状态到全加力状态、由全加力状态到慢车状态的第三发动机历程试验；
由中间状态到全加力状态、由全加力状态到中间状态的第四发动机历程试验。
优选的是，所述方法进一步包括：
对不低于设定值的第一时滞阈值，及不低于设定值的多个第二时滞阈值进行加权平均，以平均值作为喷口总线通讯控制的最终时滞阈值。
本申请能够通过喷口总线通讯控制时滞阈值评估喷口总线通讯系统，为喷口总线通讯系统的优化提供依据。
附图说明
图1为本申请喷口总线通讯控制时滞阈值确定方法一优选实施例的流程图。
图2为现有喷口控制原理图。
图3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。
本申请提供了一种喷口总线通讯控制时滞阈值确定方法，如图1所示，主要包括：
步骤S1、对发动机喷口控制系统的延迟时间进行时延分类，将时延分类中的计算周期带来的时延、通讯周期带来的时延以及总线传输掉包带来的掉包时延之和作为总延迟。
系统的延迟时间τ的评估主要包含总线传输时延、传感器采集时延、信号处理时延、控制器计算周期时延、通信周期时延。传输时延由通讯的波特率和数据包大小决定，波特率采用115200bit/s，数据包小于40bit,因此传输的延迟可以忽略，但由于可能存在掉包现象，由于掉包带来的延迟设为ε；传感器采集时延、信号处理时延由于不是该系统特有的时延，在此项评估中忽略不计；控制器计算周期带来的延迟为τ1；控制器传输周期带来的延迟为τ2；因此总的延迟时间可以表示为：τ＝τ1+τ2+ε。
步骤S2、确定发动机喷口控制系统的各组成子系统的计算周期、通讯周期，并将计算周期与通讯周期作为最差情形下的时延，从而确定总延迟与掉包时延的关系。
在一些可选实施方式中，确定发动机喷口控制系统的各组成子系统的计算周期、通讯周期包括：确定发动机喷口控制系统的涡轮基小闭环的计算周期及通讯周期；确定发动机喷口控制系统的中央协同控制器通讯周期；确定尾喷管调节控制器的计算周期及通讯周期。
在一个具体实施例中，某型发动机喷口控制有三台控制：由于采用非实时总线，涡轮基的小闭环的计算周期为5ms,通讯周期为5ms,中央协同控制器通讯周期为5ms,尾喷管调节控制器的计算周期为1ms，通讯周期为1ms，因此系统的最大延迟时间为：22+ε(单位ms)。
步骤S3、进行时滞阈值仿真评估，不断增大延迟时间，在设定时间段内确定输入的涡轮总落压比给定值，与输出的涡轮总落压比反馈值之间的摆动量，记录摆动量初次超过阀值时的延迟时间，将该延迟时间作为第一时滞阈值。
在一些可选实施方式中，步骤S3，以10ms为起始延迟时间，以10ms为步长不断增大延迟时间。该实施例中，针对延迟时间的初步评估结果，利用发动机和控制系统模型，在喷口控制回路中按照表1增加时滞，设置延迟时间点如表1所示。
表1延迟时间设置
| 序号 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 |
| 延迟时间(ms) | 10 | 20 | 30 | 40 | 50 | 60 | 70 | 80 | 100 |
步骤S4、当第一时滞阈值低于设定值时，对发动机喷口控制系统进行系统架构、控制算法和/或控制参数的修改，直至第一时滞阈值不低于设定值。
该实施例中，随着延迟时间的增加，涡轮总落压比πt摆动量增大，观察是否超过设计指标。例如延迟时间在50ms时，系统在20ms左右摆动量超过设计值，50ms作为第一时滞阈值，其未达到设定值100ms，此时需要调整系统架构，减小系统的时滞。
步骤S5、将第一时滞阈值作为总延迟，确定所述掉包时延，在抛除给定裕度的基础上，确定总线传输的最大时延许可值。
例如第一时滞阈值为100ms，满足设定值，发动机喷口控制的各子系统通讯及计算总延时22ms，由此确定掉包时延为78ms，设定裕度为38ms，则抛除给定裕度后，确定最大时延许可值为40ms。
步骤S6、进行发动机喷口控制系统数据的总线传输试验，确定传输延时，当传输延时超过最大时延许可值时，对发动机喷口控制系统进行系统架构、控制算法和/或控制参数的修改。
在一些可选实施方式中，通过在发动机喷口控制系统数据中增加发送方帧计数字节与反馈帧计数字节确定传输延时。
如表2所示，除帧头数据长度外，需要制定发送方帧计数字和反馈帧计数字来判断延迟时间和统计掉包数量使用。
表2涡轮基数字电子控制器——综合控制器通讯内容表
| 字节号 | 类型 | 单位 | 取值 | 字段含义 | 备注 |
| 1 | UINT8 | —— | 55H | 帧头1 | 固定值 |
| 2 | UINT8 | —— | AAH | 帧头2 | 固定值 |
| 3 | UINT8 | —— | 33 | 数据长度字 | 固定值 |
| 4 | UINT8 | —— | 00H | 预留(满足字对齐) | 固定值 |
| 5-6 | UINT16 | —— | 0—65535循环计数 | 发送方帧计数字 | |
| 7-8 | UINT16 | —— | 0—65535 | 反馈帧计数字 |
该实施例中，可以通过传输相同帧的发送时间与反馈时间的差值确定传输时延，也可以通过同一时间的发送方帧计数与反馈帧计数的差值，再乘以传输周期来确定传输时延，当传输时延超过最大时延许可值时，表面通信故障。
步骤S7、进行半物理试验，将发动机喷口控制系统的各子系统进行连接，在每一个发动机历程试验中，不断增大延迟时间，在设定时间段内确定输入的涡轮总落压比给定值，与输出的涡轮总落压比反馈值之间的摆动量，记录摆动量初次超过阀值时的延迟时间，将该延迟时间作为各发动机历程的第二时滞阈值。
该步骤主要进行通讯延迟拉偏试验，将涡轮基控制器、综合控制器、喷管调节控制器连接，开展不同的发动机历程试验，涡轮基控制器发出A8Dem信号时以10ms递增的方式增加0ms-100ms的延迟，如果拉偏至100ms系统表现稳定，则视情开展100ms以上的拉偏，摸底系统对通讯延迟的容忍度。每个发动机历程试验对应于一个第二时滞阈值。
在一些可选实施方式中，如表3所示，在步骤S7中，发动机历程试验包括：
由慢车状态到中间状态、由中间状态到小加力状态、由小加力状态到中间状态、由中间状态到慢车状态的第一发动机历程试验；
由慢车状态到小加力状态、由小加力状态到慢车状态的第二发动机历程试验；
由慢车状态到全加力状态、由全加力状态到慢车状态的第三发动机历程试验；
由中间状态到全加力状态、由全加力状态到中间状态的第四发动机历程试验。
表3通讯延迟拉偏试验发动机状态变化表
| 序号 | 发动机状态 |
| 1 | 慢车→中间→小加力→中间→慢车 |
| 2 | 慢车→小加力→慢车 |
| 3 | 慢车→全加力→慢车 |
| 4 | 中间→全加力→中间 |
另外需要说明的是，如果πt摆动量超出设计值，且延迟时间过小，系统硬件架构无法更改，可以通过适当选取通讯拉偏值的同时加入补偿算法，查看补偿效果。
步骤S8、当第二时滞阈值低于设定值时，对发动机喷口控制系统进行控制算法和/或控制参数的修改，直至各第二时滞阈值不低于设定值。
在一些可选实施方式中，所述方法进一步包括：
对不低于设定值的第一时滞阈值，及不低于设定值的多个第二时滞阈值进行加权平均，以平均值作为喷口总线通讯控制的最终时滞阈值。
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)
1.一种喷口总线通讯控制时滞阈值确定方法，其特征在于，包括：
步骤S1、对发动机喷口控制系统的延迟时间进行时延分类，将时延分类中的计算周期带来的时延、通讯周期带来的时延以及总线传输掉包带来的掉包时延之和作为总延迟；
步骤S2、确定发动机喷口控制系统的各组成子系统的计算周期、通讯周期，并将计算周期与通讯周期作为最差情形下的时延，从而确定总延迟与掉包时延的关系；
步骤S3、进行时滞阈值仿真评估，不断增大延迟时间，在设定时间段内确定输入的涡轮总落压比给定值，与输出的涡轮总落压比反馈值之间的摆动量，记录摆动量初次超过阀值时的延迟时间，将该延迟时间作为第一时滞阈值；
步骤S4、当第一时滞阈值低于设定值时，对发动机喷口控制系统进行系统架构、控制算法和/或控制参数的修改，直至第一时滞阈值不低于设定值；
步骤S5、将第一时滞阈值作为总延迟，确定所述掉包时延，在抛除给定裕度的基础上，确定总线传输的最大时延许可值；
步骤S6、进行发动机喷口控制系统数据的总线传输试验，确定传输延时，当传输延时超过最大时延许可值时，对发动机喷口控制系统进行系统架构、控制算法和/或控制参数的修改；
步骤S7、进行半物理试验，将发动机喷口控制系统的各子系统进行连接，在每一个发动机历程试验中，不断增大延迟时间，在设定时间段内确定输入的涡轮总落压比给定值，与输出的涡轮总落压比反馈值之间的摆动量，记录摆动量初次超过阀值时的延迟时间，将该延迟时间作为各发动机历程的第二时滞阈值；
步骤S8、当第二时滞阈值低于设定值时，对发动机喷口控制系统进行控制算法和/或控制参数的修改，直至各第二时滞阈值不低于设定值；
其中，对不低于设定值的第一时滞阈值，及不低于设定值的多个第二时滞阈值进行加权平均，以平均值作为喷口总线通讯控制的最终时滞阈值。
2.如权利要求1所述的喷口总线通讯控制时滞阈值确定方法，其特征在于，步骤S2中，确定发动机喷口控制系统的各组成子系统的计算周期、通讯周期包括：
确定发动机喷口控制系统的涡轮基小闭环的计算周期及通讯周期；
确定发动机喷口控制系统的中央协同控制器通讯周期；
确定尾喷管调节控制器的计算周期及通讯周期。
3.如权利要求1所述的喷口总线通讯控制时滞阈值确定方法，其特征在于，步骤S3及步骤S7中，以10ms为起始延迟时间，以10ms为步长不断增大延迟时间。
4.如权利要求1所述的喷口总线通讯控制时滞阈值确定方法，其特征在于，步骤S3中，所述设定时间段为20ms。
5.如权利要求1所述的喷口总线通讯控制时滞阈值确定方法，其特征在于，步骤S6中，通过在发动机喷口控制系统数据中增加发送方帧计数字节与反馈帧计数字节确定传输延时。
6.如权利要求1所述的喷口总线通讯控制时滞阈值确定方法，其特征在于，步骤S7中，发动机历程试验包括：
由慢车状态到中间状态、由中间状态到小加力状态、由小加力状态到中间状态、由中间状态到慢车状态的第一发动机历程试验；
由慢车状态到小加力状态、由小加力状态到慢车状态的第二发动机历程试验；
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Non-Patent Citations (2)
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