航空发动机积分型等压差控制系统及方法

本申请涉及航空发动机控制系统的设计领域，具体而言，涉及一种航空发动机积分型等压差控制系统及方法。

背景技术：

1、航空发动机燃油伺服计量系统中尽管在极少的燃油调节器中采用了变压差控制结构，如英国罗尔斯罗伊斯公司的斯贝mk202涡扇发动机的燃油调节器，但世界上绝大部分的航空发动机公司都采用了等压差控制机理实现燃油流量计量。但是，现有的等压差控制装置并不具备无静差伺服跟踪功能，而是采用高比例增益方法以提高其伺服跟踪性能。由自动控制理论可知，如果闭环系统中没有积分环节，而只有比例环节，那么闭环系统无论任何情况下都存在静态误差，采用高比例增益方法虽然可以换取静态误差的减小，但是降低了系统的稳定性，甚至可能导致发动机快速加减速过程中出现不稳定，由于燃油系统不稳定而导致发动机故障的案例常有发生。现代高性能航空发动机对控制系统提出了高稳定性、高精确性、高鲁棒性的设计要求，提高航空发动机燃油系统的等压差伺服性能及其鲁棒性能势在必行。

2、近年来，随着仿真技术的发展，探索了弹簧刚度、型孔直径等参数对等压差调节机构性能的影响，并进行了仿真对比的验证；同时，通过建立等压差调节机构的动力学模型，分析了部分设计参数对系统稳定性的影响，通过仿真分析，深入研究了回油型面结构对系统特性的影响，基于cfd流场仿真，研究了流动力对阀芯平衡的影响。此外，还有部分关于压差计量装置的结构设计及性能计算分析，以及压差活门滞环对转速波动的影响研究。尽管这些方法围绕经典控制理论一般是采用高比例增益方法提高其伺服跟踪性能，对高增益等压差控制装置进行研究，但这些方法无法解决等压差控制装置无静差鲁棒伺服跟踪的设计问题。

技术实现思路

1、本申请实施例的目的在于提供一种航空发动机积分型等压差控制系统及方法，用以解决了现有技术存在的等压差活门设计无法解决等压差控制装置无静差鲁棒伺服跟踪的设计问题。

2、第一方面，提供了一种航空发动机积分型等压差控制系统，其特征在于，所述系统包括：被控对象控制系统、镇定控制器和积分控制器；

3、所述被控对象控制系统，用于基于对扰动变化的指令油压力增量δps和计量活门流通面积增量δaj，以及所述镇定控制器输出的当前执行活门流通面积增量δaz，对被控对象进行控制，输出计量活门后压力增量δpc和喷嘴前压力增量δpo；

4、所述镇定控制器，用于基于所述被控对象控制系统输出的计量活门后压力增量δpc与所述积分控制器输出的执行活门弹簧腔压力增量δpz的第一调节差值，获取新的执行活门流通面积增量δaz，以使所述被控对象控制系统输出的计量活门后压力增量δpc为设计值；

5、所述积分控制器，用于采用预设积分控制算法，对所述被控对象控制系统输出的计量活门后压力增量δpc与输入所述系统的指令油压力增量δps的第二调节差值进行处理，获取执行活门弹簧腔压力增量δpz。

6、第二方面，提供了一种航空发动机积分型等压差控制方法，应用于第一方面的系统中，该方法可以包括：

7、基于对扰动变化的指令油压力增量δps和计量活门流通面积增量δaj，以及所述镇定控制器输出的当前执行活门流通面积增量δaz，对被控对象进行控制，输出计量活门后压力增量δpc和喷嘴前压力增量δpo；

8、基于所述被控对象控制系统输出的计量活门后压力增量δpc与所述积分控制器输出的执行活门弹簧腔压力增量δpz的第一调节差值，获取新的执行活门流通面积增量δaz，以使所述被控对象控制系统输出的计量活门后压力增量δpc为设计值；

9、采用预设积分控制算法，对所述被控对象控制系统输出的计量活门后压力增量δpc与输入所述系统的指令油压力增量δps的第二调节差值进行处理，获取执行活门弹簧腔压力增量δpz。

10、第三方面，提供了一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质内存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述第二方面中任一所述的方法步骤。

11、本申请实施例提供的航空发动机积分型等压差控制系统中被控对象控制系统基于对扰动变化的指令油压力增量和计量活门流通面积增量，以及镇定控制器输出的当前执行活门流通面积增量，对被控对象进行控制，输出计量活门后压力增量和喷嘴前压力增量；镇定控制器基于被控对象控制系统输出的计量活门后压力增量与积分控制器输出的执行活门弹簧腔压力增量的第一调节差值，获取新的执行活门流通面积增量，以使被控对象控制系统输出的计量活门后压力增量为设计值；积分控制器采用预设积分控制算法，对被控对象控制系统输出的计量活门后压力增量与输入系统的指令油压力增量的第二调节差值进行处理，获取执行活门弹簧腔压力增量。该系统基于镇定控制器和积分控制器，实现了具有鲁棒的无静差伺服跟踪。

技术特征：

1.一种航空发动机积分型等压差控制系统，其特征在于，所述系统包括：被控对象控制系统、镇定控制器和积分控制器；

2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述积分控制器包括等压差活门、积分控制增益单元和积分流路；

3.如权利要求2所述的系统，其特征在于，所述镇定控制器包括执行活门和镇定控制增益单元；

4.如权利要求3所述的系统，其特征在于，所述被控对象控制系统，还用于输入所述执行活门输出的执行活门运动速度增量和等压差活门运动速度增量

5.如权利要求2所述的系统，其特征在于，所述积分控制器的控制规律由等压差活门节流面积ain与开度xuin的设计函数ain＝fin(xuin)、节流面积aout与开度xuout的设计函数aout＝fout(xuout)决定，其偏差表示分别为和其中，等压差活门位移增量δxy等于δxuin和-δxuout，故所述控制规律的积分控制增益为：

6.如权利要求5所述的系统，其特征在于，预设积分控制算法表示为：

7.如权利要求3所述的系统，其特征在于，所述镇定控制器的控制规律由执行活门型孔流通面积az与执行活门型孔开度xuz的设计函数az＝fz(xuz)决定，其偏差表示为其中，执行活门位移变化δxz等于执行活门型孔开度变化δxuz，所述镇定控制增益为

8.一种航空发动机积分型等压差控制方法，其特征在于，应用于权利要求1-7所述的系统中，所述方法包括：

9.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质内存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求8所述的方法步骤。

技术总结
本申请提供一种航空发动机积分型等压差控制系统及方法。该系统中被控对象控制系统基于对扰动变化的指令油压力增量和计量活门流通面积增量，以及镇定控制器输出的当前执行活门流通面积增量，对被控对象进行控制，输出计量活门后压力增量；镇定控制器基于输出的计量活门后压力增量与积分控制器输出的执行活门弹簧腔压力增量的第一调节差值，获取新的执行活门流通面积增量；积分控制器采用预设积分控制算法对被控对象控制系统输出的计量活门后压力增量与输入系统的指令油压力增量的第二调节差值进行处理，获取执行活门弹簧腔压力增量。该系统实现了具有鲁棒的无静差伺服跟踪。

技术研发人员：赵文帅,王曦
受保护的技术使用者：北京航空航天大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/12