[發明專利]一種在Flowmaster平臺上液壓控制機構等效控制器快速建模及優化方法

有效

• 申請號: 202010168714.9
• 申請日: 2020-03-12
• 公開（公告）號: CN111413867B
• 公開（公告）日: 2021-08-10
• 發明（設計）人: 杜憲;陳吉祥;孫希明
• 申請（專利權）人: 大連理工大學
• 主分類號: G05B13/04
• 分類號: G05B13/04
• 代理公司: 大連理工大學專利中心 21200
• 代理人: 溫福雪;侯明遠

本發明屬于流體機械控制系統一維動態換熱仿真領域，提供一種在Flowmaster平臺上液壓控制機構等效控制器快速建模及優化方法。能夠精確地模擬齒輪泵、離心泵以及回油活門組件構成的回路油溫變化，對比AMESim建模得到很大簡化，并且能得到理想的溫度、壓力和流量分析；同時，提出的回油組合活門拆解建模方案對其他機械液壓系統熱仿真建模有很大指導性；本發明提出的與MATLAB/Simulink聯合仿真，不僅可以優化控制器參數，可快速利用軟件自帶PID控制器建模，還可以把Simulink上成熟的控制策略直接應用到Flowmaster平臺上，這有很大的普適性，可以為其他類型發動機燃調系統熱溫模型仿真提供參考。

技術領域

本發明涉及一種基于發動機燃油調節機械液壓系統的Flowmaster軟件快速建模方法，包括齒輪泵、離心泵數據建模，組合閥件等效建模，建模后進行換熱模擬仿真，屬于流體機械控制系統一維動態換熱仿真領域。

背景技術

本發明依托背景為某型航空發動機燃油調節系統機械液壓換熱仿真的Flowmaster模型。

航空發動機是飛機最重要的部件，為飛機提供穩定飛行的動力，安全性必須得到多重保證。燃油調節系統，可以視為發動機的“發動機”，重要性不言而喻。航空發動機的燃油調節系統包括離心泵、齒輪泵和回油組合活門，計量活門、定壓活門、高壓關活門等。隨著飛機所需要的功率愈來愈大，燃調系統供油量也將會更大。其中，燃油的調節范圍變得更寬，燃油調節系統在低供油量下，必然伴隨著大量回油，這些回油在經過降壓后會產生大量的熱量，引起溫度急劇升高。過度的溫升引起燃油變質、齒輪泵潤滑變差，累積高溫回油經過的精密閥件產生一定破壞，嚴重影響著供油系統安全性能。需要快速建立包括回油在內的燃油調節系統換熱模型，一方面分析影響溫度升高的因素；另一方面在不同解決方案間進行模擬溫度降低百分比。因此，燃油調節系統建立機械液壓溫度擬合仿真模型，對燃油溫升故障存在著分析指導意義，在理論上得到最優化的解決方案。

根據現有文獻，對燃油調節系統機械液壓仿真模型大多數在AMESim平臺上進行仿真，并且可以轉換為換熱仿真模型，與Flowmaster軟件仿真模型相比，建模更加精確、細致。缺點是齒輪泵和離心泵模型建模比較粗糙，這也是我們需要著重分析的因素，不能簡化。Flowmaster軟件能快速建立模型，進行溫度動態仿真分析。缺點是建立機械結構模型不如AMESim建模方便直觀，需要設計較復雜的控制方案實現。建模之后機械液壓部件間相互影響使得系統存在滯后響應，采用增加慣性環節，同時抵消高頻干擾；模型在使用包含積分項的PI控制器時，產生飽和積分現象，采用凍結積分方案解決；模型在反復對比試驗中要多次控制器調參，采用一定優化策略進行聯合仿真優化參數，實現燃油調節系統的溫度仿真。

發明內容

為了實現航空發動機燃油調節系統的回油溫度仿真，針對燃油調節系統回油組合活門難以直觀建模問題，離心泵、齒輪泵一維建模過于簡化問題，本文提出了一種基于Flowmaster軟件的發動機供油調節系統的快速建模方法。

本發明的技術方案：

一種在Flowmaster軟件平臺上燃調系統熱仿真快速建模和控制器調參方法，包括以下步驟：

S1：根據實際燃油調節系統結構，采用拆解方式，對發動機燃油調節系統回油組合活門進行搭建模型，包括回油活門、計量活門和壓差活門等效機構；

S1.1：首先確定打開回油活門方式，通過計量前后壓差，控制回油活門開度，壓差活門起到中間傳遞和控制作用，直接設計位移控制器進行等效替代建模；

S1.2：在采集計量前后壓差的傳感器上設計輸出限幅，控制器輸出也有限幅，在控制器誤差輸入后加入一個判定環節，判定輸入為控制器輸出X₀，經過限幅后X₁；

x＝|X₀-X₁|

式中，若x大于0，改控制器積分項輸入為0，等效閥門最大開度；