[發明專利]航空發動機轉子軸系復雜振動的主動控制系統、方法

有效

• 申請號: 201911056768.X
• 申請日: 2019-10-31
• 公開（公告）號: CN112746875B
• 公開（公告）日: 2022-08-19
• 發明（設計）人: 周健
• 申請（專利權）人: 中國航發商用航空發動機有限責任公司
• 主分類號: F01D25/04
• 分類號: F01D25/04;F01D5/10;F01D21/00;F01D25/00
• 代理公司: 上海專利商標事務所有限公司 31100
• 代理人: 喻學兵

1.航空發動機轉子軸系復雜振動的主動控制系統，其特征在于，包括：

轉子轉速傳感器，用于測量轉子轉速；

振動傳感器，用于測量轉子軸水平方向和垂直方向的振動；

控制器，其包括：

振動估計模塊，包括轉子轉速模型和擴展卡爾曼濾波器，接收轉子轉速傳感器信號以及振動傳感器信號，對轉子進行振動信號估計，根據所述振動信號估計以及轉子轉速傳感器信號輸出轉子轉速濾波信號和振動信號估計參數；

燃油控制模塊，根據所述轉子轉速濾波信號和振動信號估計參數作為自適應參數控制燃油輸出量；

所述轉子轉速模型的輸入為轉子轉速傳感器信號、振動傳感器信號、以及擴展卡爾曼濾波器輸出的扭轉振動信號估計，

該轉子轉速模型通過構建發動機低壓轉子轉速的簡化模型，再將轉子轉速與扭振轉速進行線性疊加，扭振轉速包括根據所述扭轉振動信號估計確定的轉子扭振角位移造成的分量，和根據所述振動傳感器信號確定的由于彎扭耦合造成的分量，

該轉子轉速模型輸出轉子轉速信號估計以及彎扭耦合振動估計；

所述振動估計模塊通過計算轉子轉速傳感器信號和轉子轉速信號估計的殘差信號，輸入擴展卡爾曼濾波器進行迭代計算，所述擴展卡爾曼濾波器輸出扭轉振動信號估計及其振動參數；

所述振動估計模塊還將所述扭轉振動信號與所述彎扭耦合振動估計之和從所述轉子轉速傳感器信號中去除，獲得轉子轉速濾波信號；

所述燃油控制模塊，其包括：

自適應控制器，根據所述轉子轉速濾波信號和振動信號估計參數作為自適應參數控制燃油輸出的燃油量。

2.如權利要求1所述的主動控制系統，其特征在于，所述轉子轉速傳感器包括：

高壓轉子轉速傳感器，用于測量高壓轉子轉速；以及

低壓轉子轉速傳感器，用于測量低壓轉子轉速；

其中，所述振動傳感器用于測量低壓轉子軸水平方向和垂直方向的振動；

所述振動估計模塊包括的轉子轉速模型為低壓轉子轉速模型，其中

低壓轉子轉速模型的輸入為高壓轉子轉速傳感器信號、振動傳感器信號、以及擴展卡爾曼濾波器輸出的扭轉振動信號估計，

該低壓轉子轉速模型通過將高壓轉子轉速傳感器信號作為輸入構建發動機低壓轉子轉速的簡化模型，再將低壓轉子轉速與扭振轉速進行線性疊加，扭振轉速包括由所述扭轉振動信號估計確定的低壓轉子扭振角位移造成的分量，和由所述振動傳感器信號確定的由于彎扭耦合造成的分量，

該低壓轉子轉速模型輸出低壓轉子轉速信號估計以及彎扭耦合振動估計；

所述振動估計模塊通過計算低壓轉子轉速傳感器信號和低壓轉子轉速信號估計的殘差信號，輸入擴展卡爾曼濾波器進行迭代計算，所述擴展卡爾曼濾波器輸出扭轉振動信號估計及其振動參數；

所述振動估計模塊還將所述扭轉振動信號與所述彎扭耦合振動估計之和從所述低壓轉子轉速傳感器信號中去除，獲得低壓轉子轉速濾波信號；

所述燃油控制模塊，其包括：

自適應控制器，根據所述低壓轉子轉速濾波信號和振動信號估計參數作為自適應參數控制燃油輸出的燃油量。

3.如權利要求1或2所述的主動控制系統，其特征在于，所述自適應控制器，將包括頻率或/和幅值的所述振動信號估計參數作為自適應參數，并對燃油量波動作限幅，借此通過注入能量抑制振動，又避免了幅度較大的燃油回路振蕩。

4.如權利要求1或2所述的主動控制系統，其特征在于，所述燃油控制模塊還包括自激振動保護邏輯系統，所述自激振動保護邏輯系統包括自適應帶通濾波器、燃油波動峰-峰值計算模塊；

自適應帶通濾波器選取擴展卡爾曼濾波器輸出的振動頻率估計作為帶通濾波器的中心頻率，據此自適應選取濾波器系數，實現對具有慢變頻率量的燃油量信號濾波輸出；

燃油波動峰-峰值計算模塊利用振動頻率估計參數，在一個振動周期內或多個振動周期取平均值的方法計算燃油波動的峰-峰值，輸出燃油波動幅度；

所述自激振動保護邏輯系統還執行保護邏輯，如果判斷出燃油波動幅度超過設定波動閾值或者如果判斷振動幅度值估計超過設定振動幅度的閾值，立即切斷燃油，反之正常輸出燃油量。