[发明专利]一种基于形状记忆合金丝的可调静子叶片控制方法

说明书

本发明属于航空发动机控制技术领域，公开了一种基于形状记忆合金丝的可调静子叶片控制方法。本方法以形状记忆合金丝驱动静子叶片的方案，设计以镍钛合金丝作为核心的驱动控制元件，并配合PID控制算法，施加以角度闭环控制。控制器通过磁编码器获取静子叶片的实际相对角度，通过两可控电流源分别驱动两形状记忆合金丝受热收缩拉动旋转机构执行顺时针和逆时针旋转，通过控制直流电流大小控制形状记忆合金丝收缩拉紧所带来的驱动力，设计合适的控制器参数使得叶片角度实现良好的闭环控制效果。经验证，本次设计得到可调静子叶片控制系统能够实现平稳迅速的控制效果，实用性强，有较好的系统鲁棒性，抗干扰能力强。

技术领域

本发明涉及航空发动机控制技术领域，尤其涉及一种基于形状记忆合金丝的可调静子叶片控制方法。

背景技术

近些年来，镍钛形状记忆合金以良好势头快速崛起，作为新型材料，拥有十分出色的形状记忆效应、超弹性，在腐蚀性较强的环境下能稳定存在，在形状记忆合金领域具有不可替代的地位，国内外研究者都将眼光聚焦于此，在医疗器械、工业设备、生活用品、航空航天等方面发挥着重要作用。在航空航天领域，镍钛系形状记忆合金由于自身重量较轻，制成连接件时轻便且体积较小，可使连接件的结构变得简单，性能更加优越，提高安全性。

在航空发动机的低压压气机中存在静子叶片这一调节机构，这一调节机构可以改变气流攻角，提升发动机的运行性能，避免喘振现象发生。传统的静子叶片的控制驱动方式大多采用“液压推杆+联动环”的方式，结构复杂，整体重量大，不可以单级独立调节，存在明显缺点。基于传统静子叶片控制方式所存在的问题，本发明提出形状记忆合金丝驱动控制静子叶片偏转的方案，避免上述缺点。

发明内容

本发明提出镍钛形状记忆合金丝驱动静子叶片偏转的方案，提供一种面向航空发动机低压压气机的静子叶片的全新控制方法：以形状记忆合金丝受热收缩所产生的驱动力，控制静子叶片的偏转角度。本发明利用镍钛形状记忆合金丝的形状记忆效应，通过控制流经两形状记忆合金丝的直流电流大小对两形状记忆合金丝的形变量加以控制，形变量差异产生扭矩使静子叶片偏转。

本发明的技术方案如下：一种基于形状记忆合金丝的可调静子叶片控制方法，基于可调静子叶片控制系统实现；所述可调静子叶片控制系统包括控制器、磁编码器、静子叶片、T型塑料片和两形状记忆合金丝；静子叶片转轴与T型塑料片竖直侧同轴固定，T型塑料片位于静子叶片上；控制器连接电流源，电流源通过铜柱供电；一形状记忆合金丝固定于T型塑料片水平侧一端，绕转轴后连接一铜柱；另一形状记忆合金丝固定于T型塑料片水平侧另一端，绕转轴后连接另一铜柱；磁编码器分别连接静子叶片和控制器，用于测量静子叶片相对角度并传输至控制器；控制器根据静子叶片相对角度改变铜柱电流大小，两形状记忆合金丝受热收缩程度不同时，产生使T型塑料片旋转的扭矩，从而驱动两形状记忆合金丝带动静子叶片转动。

所述可调静子叶片控制系统的具体操作步骤如下；

步骤1：对可调静子叶片控制系统进行硬件设计；所述可调静子叶片控制系统的硬件包括电源转换电路、静子叶片角度读取电路、下位机核心控制电路和以PWM作为输入信号的可控电流源；所述电源转换电路用于转换输入电路电压为工作电压；所述静子叶片角度读取电路用于连接磁编码器和控制器，所述磁编码器为旋转位置传感器；所述下位机核心控制电路用于连接控制器和电流源，控制器输出两个PWM信号，分别作为两个电流源的输入信号，转化生成平稳的电流信号，用于后续形状记忆合金丝的产热；所述以PWM作为输入信号的可控电流源直流电流大小随PWM信号占空比的增加而线性增加；

控制器分为下位机核心控制器和上位机操纵台；下位机核心控制器输出两个占空比不同的PWM信号，作为两个可控电流源的输入信号，转化为两个平稳的直流电流信号，再分别流经两形状记忆合金丝。可控电流源具有良好的线性控制特性，直流电流大小随PWM信号占空比的增加而线性增加。两PWM信号的占空比不同，经电流源转化到的直流电流大小不同，单位时间内流经两形状记忆合金丝所产生的焦耳热效应不同，两形状记忆合金丝的收缩拉紧程度不同。