基于dsp嵌入式系统的燃气流量调节控制装置及控制方法
【技术领域】
[0001]本发明属于自动控制领域，具体涉及一种基于DSP(Digital Signal Processing，数字信号处理器)嵌入式系统的燃气流量调节控制装置及控制方法。
技术背景
[0002]为保证燃气流量调节装置的通用性和可移植性，燃气流量调节控制装置安装在燃气流量调节执行装置的内部，以闭环形式实现燃气流量调节执行装置的高精度控制，一般能达到秒级。燃气流量调节装置的动态特性依赖于产生的燃气、自由容积和阀门动作，并且在燃气流量调节过程中存在负调特性:当期望燃气流量减少时，快速增大燃气发生器喷喉面积，燃气流量先减小再增大至预期的调节值；反之亦然。为保证燃气流量调节装置的动态特性，一般要求燃气流量调节控制装置能实时动态响应各参数变化，并给出控制规律，控制执行机构做出响应。
[0003]目前，国内外的燃气流量调节装置为基于螺旋传动和拨叉组合的燃气流量调节装置，该装置中电机带动丝杠旋转驱动螺母直线运动，螺母的移动推动拨叉及输出轴旋转，实现电机输出与流量调节装置输出轴间的传动。此装置最大的不足在于传动比小、整体传动效率低、响应特性差，主要体现在螺母的直线运动推动拨叉作旋转运动的过程中出现了大量的能量损失，另外，受空间尺寸限制，电机输出力矩有限，导致可调节负载有限，且工作过程中存在卡滞(螺母拨叉要求工艺制造水平高，工作时易磨损卡滞)现象，可靠性低。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是针对上述技术问题，提供一种基于DSP嵌入式系统的燃气流量调节控制装置及控制方法，该装置和方法的控制精度高，传动效率高，实时响应，可解决现有燃气流量调节装置中动态响应特性差、空间占用大、安装调节不方便以及不能有效解决负调特性的问题。
[0005]为实现此目的，本发明所设计的基于DSP嵌入式系统的燃气流量调节控制装置，它包括阀门调节器碟片、减速器、下壳体、设置在下壳体上的上壳体、设置在下壳体内的齿轮组、控制器和力矩电机、安装在阀门调节器碟片中部的旋转轴，其中，所述下壳体设有第一轴向通气孔，上壳体内设有与第一轴向通气孔连通的第二轴向通气孔，所述阀门调节器碟片与上述第二轴向通气孔匹配，所述下壳体的中部设有减速器安装孔，上壳体的中部设有与减速器安装孔连通的旋转轴安装孔，所述减速器设置在减速器安装孔中，所述旋转轴设置在旋转轴安装孔中，所述控制器的电机控制信号输出端连接力矩电机的控制信号输入端，所述力矩电机的输出轴依次通过齿轮组和减速器连接旋转轴，所述力矩电机通过齿轮组、减速器和旋转轴控制阀门调节器碟片转动从而实现第二轴向通气孔与外界通断的控制。
[0006]所述减速器安装孔的底部设有旋转变压器，所述旋转变压器的定子与下壳体固定连接，旋转变压器的转子与减速器固定连接，上述旋转变压器的反馈信号输出端连接控制器的角度反馈信号输入端。
[0007]所述控制器包括数字信号处理器、CAN(Controller Area Network，控制器局域网络)驱动器、晶振和电机驱动器，其中，所述数字信号处理器的CAN控制信号通信端通过CAN驱动器连接固冲发动机控制系统，数字信号处理器的时钟信号输入端连接晶振，数字信号处理器的多通道缓冲串口连接电机驱动器的转速控制信号输入端，数字信号处理器的I/O (input/output，输入输出端口)接口连接电机驱动器的使能信号输入端，所述数字信号处理器的角度反馈信号输入端连接旋转变压器的反馈信号输出端。
[0008]一种基于DSP嵌入式系统的燃气流量调节控制方法，它包括如下步骤:
[0009]步骤1:所述数字信号处理器的主程序模块通过CAN总线中断接收固冲发动机控制系统给出的控制燃气流量调节装置阀门调节器碟片所需调节的角度值；
[0010]步骤2:路径规划模块读取旋转变压器当前的角度反馈值，根据固冲发动机控制系统的控制要求计算出阀门调节器碟片转动运行位移轨迹，并将路径规划标志置位，位置PID (比例(proport1n)、积分(integrat1n)、微分(differentiat1n)控制)模块以路径规划模块计算出的阀门调节器碟片转动运行位移轨迹得到的角度为当前目标角度值，读取当前旋转变压器的角度反馈值，计算得到输出量速度值；
[0011]步骤3:速度PID模块以位置PID模块计算得出的速度值作为输入量，计算得出电机驱动器的转速控制信号，电机驱动器根据上述转速控制信号控制力矩电机输出轴的转动调节，力矩电机输出轴的旋转通过齿轮组、减速器和旋转轴带动阀门调节器碟片动作，阀门调节器碟片改变第二轴向通气孔的喉部面积，从而实现燃气流量调节控制。
[0012]本发明的有益效果是:
[0013]1、本发明采用模块化设计，各模块功能独立，更利于布置，提高了流量调节装置内部空间使用率；
[0014]2、本发明的集成度高、体积小、驱动能力强，可驱动较大的负载(减速器减速比1:300，可驱动负载大)；
[0015]3、本发明的控制精度高、响应速度快、算法适应性强，可方便地适应流量调节装置动态特性，解决其负调特性；
[0016]4、本发明的装配调节及拆卸方便、可靠性高、环境适应性强(路径规划算法和双PID算法一起应用，在变负载情况下也能很好的调节)。
[0017]本发明设计的上述基于DSP嵌入式系统的闭环控制方式，相比传统的基于螺旋传动和拨叉组合的燃气流量纯机械式调节方式，具有更高的控制精度和传动效率，具有更好的响应实时性(现有的拨叉方式间隙误差大，变负载影响大，响应慢)，可解决现有此类控制装置中动态响应特性差、空间占用大(本发明中减速器结构紧密，占用空间小，减速比大)、安装调节不方便以及不能有效解决负调特性的问题(本发明的路径规划和PID算法可进行计算调节路径，算法提前可知调节运行轨迹，有效解决负调特性)。本发明适用于高精度固冲发动机燃气流量调节装置的控制，具有较好的应用价值和推广前景。
【附图说明】
[0018]图1为本发明的原理框图；
[0019]图2为本发明的数字信号处理器4.1的原理框图；
[0020]图3为本发明的控制原理逻辑图。
[0021]图4为本发明的俯视结构示意图。
[0022]图5为本发明一个方向的立体剖视结构示意图。
[0023]图6为本发明另一个方向的剖视结构示意图。
[0024]其中、I一阀门调节器碟片、2—下壳体、2.1一第一轴向通气孔、2.2—减速器安装孔、3—上壳体、3.1—第二轴向通气孔、3.2—旋转轴安装孔、4一控制器、4.1一数字信号处理器、4.11 一主程序模块、4.12—中断控制模块、4.13—路径规划模块、4.14一位置PID模块、4.15一速度PID模块、4.2一CAN驱动器、4.3一晶振、4.4一电机驱动器、5—力矩电机、6一旋转轴、7—减速器、8—齿轮组、9一旋转变压器、10一固冲发动机控制系统
【具体实施方式】
[0025]以下结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明:
[0026]本发明的基于DSP嵌入式系统的燃气流量调节控制装置及控制方法通过控制固冲发动机燃气流量调节装置阀门调节器碟片的转动，以改变发动机喷管喉部面积达到调节空燃比(空气质量流率/燃气质量流率之比)，充分利用推进剂的能量，使固冲发动机获得最佳工作性能。本发明采用模块化结构，闭环设计，能保证较高的控制精度。
[0027]它的具体结构如图1?6所示，包括阀门调节器碟片1、减速器7、下壳体2、设置在下壳体2上的上壳体3、设置在下壳体2内的齿轮组8、控制器4和力矩电机5、安装在阀门调节器碟片I中部的旋转轴6，其中，所述下壳体2设有第一轴向通气孔2.1，上壳体3内设有与第一轴向通气孔2.1连通的第二轴向通气孔3.1，所述阀门调节器碟片I与上述第二轴向通气孔3.1匹配，所述下壳体2的中部设有减速器安装孔2.2，上壳体3的中部设有与减速器安装孔2.2连通的旋转轴安装孔3.2，所述减速器7设置在减速器安装孔2.2中，所述旋转轴6设置在旋转轴安装孔3.2中，所述控制器4的电机控制信号输出端连接力矩电机5的控制信号输入端，所述力矩电机5的输出轴依次通过齿轮组8和减速器7连接旋转轴6，所述力矩电机5通过齿轮组8、减速器7和旋转轴6控制阀门调节器碟片I转动从而实现第二轴向通气孔3.1与外界通断的控制(力矩电机5的输出轴固定连接齿轮组8的初始端的一个齿轮，齿轮组8末端的一个齿轮与减速器7的齿轮啮合，减速器7与旋转轴6固定连接)。
[0028]上述技术方案中，所述减速器安装孔2.2的底部设有旋