[发明专利]一种航空发动机燃油计量系统改进策略及其控制器设计方法

摘要

一种航空发动机燃油计量系统改进策略及其控制器设计方法，通过调整压差控制器组件结构、增加计量活门前后压差为新控制变量方式，将传统的定压差流量计量装置改进为新型变压差燃油计量装置，由计量活门的前后压差和流通面积的双变量控制来实现期望燃油流量；根据变压差燃油计量系统增加最大流量范围并提高精度的需求，提出计量活门的压差采用有级控制模式，流通面积采用无级控制模式的一种双变量控制规律。在航空发动机大流量需求下，通过适当增大压差值，在当前最大流通面积的条件下可获得更大的燃油流量，扩大燃油流量计量范围；小流量需求下，在计量活门型孔的结构固定的条件下，通过减小压差值来降低流量增益，提高系统的计量精度。

主权项

1.一种航空发动机燃油计量系统改进策略，其特征在于，步骤如下：步骤1.设计变压差燃油计量装置基于传统的定压差燃油计量系统，去掉压差活门仅保留回油活门，并附加一个回油活门的位置控制通道，通过控制回油活门的开度来调节计量活门前燃油的回油量，从而改变计量活门前后压差达到变压差目的，实现传统的定压差燃油计量装置改进为变压差燃油计量装置，此时流过计量活门的燃油流量由计量活门前后压差ΔP和流通面积Al共同决定；步骤2.设计变压差燃油计量装置控制系统在传统定压差控制模式基础上，增加计量活门前后压差作为一个新的控制变量，设计一种由计量活门前后压差ΔP和流通面积Al双变量控制的变压差燃油计量系统，与计量活门相连的位移传感器将计量活门当前位置信号反馈到电子控制器，实现计量活门位置的闭环控制，安装在计量活门前后油路的压力传感器将当前计量活门前后的燃油压力信号反馈到电子控制器，实现回油活门位置的闭环控制，该变压差燃油计量系统通过计量活门前后压差和流通面积的双变量控制来实现燃油流量的计量；步骤3.设计变压差燃油计量系统的双变量控制规律根据变压差燃油计量系统增加最大流量范围以及提高小流量精度的需求，双变量控制中，计量活门前后压差ΔP采用有级控制规律，即“小流量‑小压差”、“大流量‑大压差”的分级原则，计量活门的开度则采用无级控制规律，即由期望燃油流量Q和确定的压差ΔP，依据流量方程式(1)式中：Q——流过计量活门的燃油流量，Cd——计量活门的流量系数，Al——计量活门的流通面积，ρg——燃油密度，ΔP——计量活门前后的燃油压差，计算当前期望的燃油流通面积Al，再由计量型孔几何尺寸得到计量活门开度，并采用PID控制算法实现该双变量控制规律；步骤4.构建完整的变压差燃油流量计量系统综合步骤1‑3，建立整个航空发动机变压差燃油流量计量系统，根据压差和流通面积双变量控制规律，得到计量活门相应的期望位置信号和期望压差信号，由位移传感器得到当前计量活门的位置反馈信号，与计量活门的期望位置信号相比较，经过第一PID控制器(1)的计算，得到第一电液伺服阀(1)对计量活门开度的控制信号；由两个压力传感器分别感受计量活门前、后的燃油压力，得到计量活门的前后压差反馈信号，并与计量活门的期望压差信号相比较，经过第二PID控制器(2)的计算，得到第二电液伺服阀(2)对回油活门开度的控制信号，进而通过控制计量活门前的回油量以实现所期望的压差，最终得到发动机不同工作状态下所需的燃油流量。