[发明专利]基于MAP和爆震管温度反馈的PDE推力控制策略

说明书

技术领域

本发明属于脉冲爆震发动机(PDE，Pulse Detonation Engine)的控制技术领域，适用于旋转阀式脉冲爆震发动机的推力控制。

背景技术

现代的航空发动机主要是涡轮喷气发动机和涡轮风扇发动机，已经发展到相当水平，对结构设计水平、材料和生产工艺的要求越来越高，从而使得设计经费增加，设计周期增长。脉冲爆震发动机是一种利用脉冲式爆震波产生的高温高压燃气来获得推力的新概念动力装置，与传统推进系统相比，脉冲爆震发动机具有比冲高、热效率高、燃料消耗率低、结构简单、运转的可量测性和可靠性高、运行速度范围宽、飞行高度广、推重比高以及多种工作模态等优点，是21世纪最具潜力的新概念发动机。

PDE是一种复杂的、具有一定程度不确定性的控制对象，因此PDE的控制系统是一个多变量、时变、非线性、多功能的复杂控制系统，这样的控制系统很难建立精确的数学模型。现有的数学模型是在理论计算的基础上结合经验公式建立的，无法根据外部环境参数精确计算出推力。这意味着实际的PDE控制系统无法根据推力控制预期精确给出控制参数(如喷油脉宽等)的理论值。

发明内容

本发明解决了无法根据预期推力计算得到控制参数的问题，提出了一种基于MAP和爆震管温度反馈的PDE推力控制策略，根据推力预期和PDE瞬时状态，查找已有MAP得出旋转阀转速、喷油脉宽、喷油定时、点火定时等参数，再将爆震管温度实时反馈至控制ECU，查找MAP得出PDE瞬时推力值，与预期推力值比较后按照PID算法继续调节各项参数，直至瞬时推力值与预期推力值相等。

本发明的基础是建立有效的MAP，准确反映出PDE各控制参数与推力之间的关系，主要包括油门开度-预期推力MAP、推力-氧气质量流量-旋转阀转速MAP、氧气质量流量-喷油量-旋转阀转速MAP、旋转阀转速-喷油脉宽-喷油量MAP、旋转阀转速-喷油脉宽-喷油定时MAP、旋转阀转速-喷油脉宽-点火定时MAP、推力-旋转阀转速-爆震管温度MAP和推力差值-转速差值MAP。这些MAP是首先根据理论分析确定各参数的数值范围，再通过有限的标定试验得到。由于实际控制参数是连续的，而标定试验数据是离散的，控制时可采用插值算法得到任意工况下的控制参数。

本发明的基本控制方向是喷油定时在旋转阀打开，爆震管正在进气的时间段内，点火定时在旋转阀关闭时刻附近。旋转阀转速越高，平均推力越大。当实际推力与预期推力不同时，通过调节旋转阀转速并进而调节喷油量达到预期的推力值。

附图说明

图1旋转阀式脉冲爆震发动机及电控燃油喷射系统结构示意图

图2基于MAP和爆震管温度反馈的PDE推力控制策略逻辑关系图

具体实施方式

下面结合事例和图来具体说明

图1中包括油箱1，输油泵2，燃油开关阀门3，共轨4(下端均布六个燃油出口，此图中仅以两个示意)，高压油管5，低压油管6，爆震管7，高速电磁阀8，点火器9，旋转阀10，燃油喷嘴11，进气系统12(前端略)，控制器13，上位机14，控制信号15，调压阀16。

1、根据理论分析及标定试验，确定PDE控制所需的全部MAP。

2、根据控制人员输入的油门值，查找油门开度-预期推力MAP1，得到控制人员的预期推力值，再根据进气流量传感器采集到的实时氧气质量流量，查找推力-氧气质量流量-旋转阀转速MAP2得出与之对应的旋转阀转速，并向旋转阀控制器发出信号。

3、在各个旋转阀转速下，根据瞬时氧气质量流量，查找氧气质量流量-喷油量-旋转阀转速MAP3确定合适的喷油量，使混合气的当量比尽量满足最佳当量比，在各个旋转阀转速下均获得最大推力。

4、根据旋转阀转速和喷油量，查找旋转阀转速-喷油脉宽-喷油量MAP4和旋转阀转速-喷油脉宽-喷油定时MAP5确定合适的喷油脉宽，进而确定合适的喷油定时。

5、根据喷油脉宽和旋转阀转速，查找旋转阀转速-喷油脉宽-点火定时MAP6确定合适的点火定时。

6、采集PDE爆震管瞬时温度，实时反馈至控制ECU，通过查找推力-旋转阀转速-爆震管温度MAP7得到PDE瞬时推力，并与预期推力值进行比较，若小于预期推力值，则进一步提高旋转阀转速；若大于预期推力值，则降低旋转阀转速。转速变化的幅度可由查找推力差值-转速差值MAP8得到。

7、设置PID控制器参数，使反馈控制系统达到要求的控制精度和响应速度。