[發明專利]旁通式適配器及其航空發動機快速原型控制方法

無效

• 申請號: 201110044559.0
• 申請日: 2011-02-24
• 公開（公告）號: CN102183894A
• 公開（公告）日: 2011-09-14
• 發明（設計）人: 黃向華;張天宏;于兵;唐周軍;劉冬冬
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: G05B17/02
• 分類號: G05B17/02
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 許方

技術領域

本發明用于航空發動機的控制系統實驗研究，以滿足快速建立發動機電子控制系統原型的要求，屬于航空發動機控制技術領域。航空發動機電子控制系統的快速原型實驗需要快速構建一個方便調試控制規律的環境，對傳感器信號進行調理和采集，并輸出電流信號驅動執行機構。

背景技術

在航空發動機電子控制系統的研制過程中，采用快速原型控制系統的方法能節約成本，并大大加快產品進度。快速原型控制是指在產品開發的初期，通過快速地建立控制對象和控制器模型，對相應的控制模型或控制算法進行多次離線和在線的試驗來驗證控制系統軟硬件方案的可行性。

航空發動機電子控制器擔負著對飛行環境和發動機工作狀態的采集、控制邏輯和算法的處理、控制指令的放大和驅動等重要任務，它具有任務復雜、實時性強、可靠性要求高等特點，因此其研制周期長。采用快速原型控制技術可以極大地提高開發效率和研究水平，克服傳統的基于實際物理平臺的設計方法耗時長、成本昂貴和風險高的特點。

現有的快速原型技術采用的方法是：在工業控制計算機主板插槽插入數據采集卡實現信號驅動和調理功能。由于數據采集卡只能提供標準-10V～+10V或4～20mA信號，還必須研制額外的傳感器信號調理和執行機構驅動電路。另外數據采集卡需要安裝驅動程序。這種方案成本高，從計算機數據采集卡到信號調理與驅動電路傳輸的是模擬信號，傳輸距離有限，易受干擾。

發明內容

本發明目的在于解決現有的航空發動機快速原型控制系統中成本高、結構復雜、抗干擾能力差等問題，提供一種低成本、高效、抗干擾、應用簡單的旁通式適配器及其航空發動機快速原型控制方法。

本發明為實現上述目的，采用如下技術方案：

本發明旁通式適配器，包括DSP核心模塊、信號驅動模塊和信號調理模塊，其中信號驅動模塊包括輸入端分別與DSP核心模塊輸出端連接的光隔離電流放大模塊和電壓/電流變換模塊，信號調理模塊包括輸出端分別與DSP核心模塊輸入端連接的電阻/電壓變換模塊、電平變換模塊、兩個光電隔離電平變換模塊和兩個電壓放大模塊。

旁通式適配器的航空發動機快速原型控制方法，其特征是：

采用旁通式適配器和普通PC機構成快速原型控制系統，PC機作為發動機控制計算機實現控制，旁通式適配器以高速串口通訊的方式實現與發動機控制計算機通訊，以旁通工作方式作為發動機控制器的終端設備，實現傳感器信號的調理與采集，控制信號的輸出與驅動，適配器的數據傳輸采取主/從實時邏輯。

所述的旁通式適配器是指適配器實現傳感器信號的調理與采集和控制信號輸出與驅動，發動機控制邏輯和算法由發動機控制計算機實現，傳感器信號通過適配器采集后傳輸到控制計算機，控制指令先傳輸到適配器，適配器對控制信號進行驅動后送到執行機構；旁通工作方式是通過高速串口通訊實現的：發動機控制計算機將控制算法得到的控制量通過高速串口實時傳輸給適配器，適配器將采集到的傳感器反饋值通過高速串口實時傳輸給發動機控制計算機；

所述適配器的數據傳輸的主/從實時邏輯如下：控制計算機以主機方式工作，以定時的方式實現實時控制邏輯，適配器以從機方式工作，通過實時串口在主機邏輯的驅動下實現控制信號的輸出；適配器以小步長采樣，實時獲取最新的控制反饋值，當接收到主機的控制指令后，立即刷新控制輸出，并將最新的控制反饋值即時送到主機；主/從邏輯保證在發動機快速原型控制系統中由于通訊帶來的延遲不超過一個通訊周期。

本發明的優點

1）使用方便。發動機控制計算機通過串口線直接與適配器連接，適配器直接與傳感器與執行機構連接，不需要接口板卡和安裝驅動程序。控制程序的開發直接在發動機控制計算機上開發。

2）抗干擾能力強。采用高速串口在適配器和控制計算機中傳輸數字信號，傳輸距離遠，抗干擾能力強。

3）實時性好。采用數據傳輸的主/從實時邏輯保證控制回路的實時性。

附圖說明

附圖1是航空發動機電子控制系統原理框圖。

附圖2是基于旁通式適配器的航空發動機快速原型控制系統框圖。

附圖3是旁通式適配器的組成原理框圖。

附圖4是數據傳輸的主/從實時邏輯流程圖。

附圖5是信號調理模塊的原理框圖。

附圖6是信號驅動模塊的原理框圖。

附圖7是基于旁通式適配器的微型渦噴發動機快速原型控制系統框圖。

具體實施方式

下面結合圖1-圖6具體說明本發明的方法。