[發(fā)明專利]航空發(fā)動機用多電分布式控制系統(tǒng)架構

在審

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• 申請日: 2019-12-06
• 公開（公告）號: CN110850788A
• 公開（公告）日: 2020-02-28
• 發(fā)明（設計）人: 季春生;田飛龍;姚太克;王少永;尹明明
• 申請（專利權）人: 中國航發(fā)控制系統(tǒng)研究所
• 主分類號: G05B19/042
• 分類號: G05B19/042
• 代理公司: 無錫市大為專利商標事務所(普通合伙) 32104
• 代理人: 殷紅梅

本發(fā)明涉及一種控制系統(tǒng)架構，尤其是一種航空發(fā)動機用多電分布式控制系統(tǒng)架構，屬于航空發(fā)動機控制系統(tǒng)的技術領域。按照本發(fā)明提供的技術方案，所述航空發(fā)動機用多電分布式控制系統(tǒng)架構，包括中央控制器節(jié)點以及通過時間觸發(fā)高速總線與所述中央控制器節(jié)點連接的數(shù)據(jù)集中器節(jié)點、伺服控制節(jié)點，所述伺服控制節(jié)點通過通用低速總線與多電燃油與作動節(jié)點通訊連接。本發(fā)明能實現(xiàn)控制系統(tǒng)驅動多電化、架構分布化、設計模塊化，從而達到線纜減重、性能提升和成本降低的目標。

技術領域

本發(fā)明涉及一種控制系統(tǒng)架構，尤其是一種航空發(fā)動機用多電分布式控制系統(tǒng)架構，屬于航空發(fā)動機控制系統(tǒng)的技術領域。

背景技術

當前雙通道全權限數(shù)字電子控制系統(tǒng)（Full Authority Digital EngineControl，F(xiàn)ADEC）是一種機械液壓傳動、集中式架構的控制系統(tǒng)，電子控制器（ElectricEngine Controller，EEC）和傳感器、執(zhí)行機構通過模擬的點對點線束連接。傳感器數(shù)據(jù)獲取、信號處理轉換以及控制律計算都在電子控制器內(nèi)進行，通過各類電、液伺服機構實現(xiàn)動作指令的執(zhí)行。

隨著人們對航空發(fā)動機要求的不斷提高，發(fā)動機控制系統(tǒng)日益面臨著減重、性能提升以及節(jié)約成本的挑戰(zhàn)，這種集中式控制結構也越來越成為限制技術發(fā)展的重要因素。當前集中式發(fā)動機控制系統(tǒng)限制因素有以下幾個方面：

1）、線束多、減重難：隨著發(fā)動機控制技術發(fā)展和健康管理技術的提高，使得控制變量和傳感器的數(shù)量不斷增加。由于傳感器和執(zhí)行機構分布于發(fā)動機的不同位置以及硬件冗余，這種“點對點”的連接使線束的重量約占系統(tǒng)總重量的15%-30%；在發(fā)動機上可用于穿線的空間有限，眾多線束也容易帶來安全隱患。

2）、EEC工作負荷重、體積大、接口復雜：集中式控制結構中，EEC將近50%的電路用于處理模擬信號，占據(jù)了控制器的處理器資源。隨著控制算法越來越復雜，以及容錯控制要求的提高，使得控制器的工作負荷增大。同時，由于冷卻和減振的考慮，使得EEC體積和重量增加。不同的傳感器對應特定的信號處理電路，使得EEC的接口設計變得復雜，且故障易發(fā)。

3）、系統(tǒng)升級困難：現(xiàn)在數(shù)字電子技術飛速發(fā)展，新型傳感器、微機電系統(tǒng)層出不窮，而集中式控制架構EEC一旦設計成型，則元器件較難更改和替換和升級。

4）、開發(fā)難、成本高：集中式發(fā)動機控制系統(tǒng)是一個高度定制的系統(tǒng)，要專門進行長時間的研制開發(fā)和試驗驗證。當前集中式控制系統(tǒng)研制成本在航空發(fā)動機總成本中已經(jīng)占15%-20%。

5）、傳統(tǒng)FADEC控制系統(tǒng)控制部件存在泵轉速與發(fā)動機轉速耦合、燃油與作動機構控制回路耦合、能量利用率低、耐高溫能力差、抗污染能力差、全生命周期成本高等瓶頸。

與此同時，基于模型控制和診斷，多變量控制，主動控制以及先進的健康管理技術已成為未來先進控制技術發(fā)展趨勢。目前的集中式控制結構幾乎無法適應高達上上千赫茲帶寬的主動控制。因此需要設計一種新型的發(fā)動機控制系統(tǒng)架構以適應未來發(fā)動機對控制系統(tǒng)的要求。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術中存在的不足，提供一種航空發(fā)動機用多電分布式控制系統(tǒng)架構，其能實現(xiàn)控制系統(tǒng)驅動多電化、架構分布化、設計模塊化，從而達到線纜減重、性能提升和成本降低的目標。

按照本發(fā)明提供的技術方案，所述航空發(fā)動機用多電分布式控制系統(tǒng)架構，包括中央控制器節(jié)點以及通過時間觸發(fā)高速總線與所述中央控制器節(jié)點連接的數(shù)據(jù)集中器節(jié)點、伺服控制節(jié)點，所述伺服控制節(jié)點通過通用低速總線與多電燃油與作動節(jié)點通訊連接。

所述時間觸發(fā)高速總線包括TTP/C總線，通用低速總線包括CAN總線。