[發(fā)明專利]航空高壓燃油泵恒油壓模糊自適應(yīng)控制系統(tǒng)及其控制方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010942982.1
• 申請日: 2020-09-09
• 公開（公告）號: CN112253323A
• 公開（公告）日: 2021-01-22
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 郭劍東;梁辰雨;吳毓麟;桑標(biāo);李穎;王輝
• 申請（專利權(quán)）人: 南京航空航天大學(xué)
• 主分類號: F02D41/30
• 分類號: F02D41/30;F04B49/06;F04B49/08;F04B49/20
• 代理公司: 江蘇圣典律師事務(wù)所 32237
• 代理人: 徐曉鷺

本發(fā)明公布了一種航空高壓燃油泵恒油壓模糊自適應(yīng)控制系統(tǒng)及其控制方法，所述的系統(tǒng)包括前端油壓采取傳感器、中端恒油壓控制器和末端執(zhí)行器高壓燃油泵。所述的恒油壓控制器包括硬件電路和軟件控制算法。本發(fā)明不僅能滿足德國3W航空活塞發(fā)動機(jī)ECU(Electronic Control Unit)輸出PWM(Pulse Width Modulation)信號對油壓的恒壓控制，而且設(shè)計(jì)了基于模糊自適應(yīng)恒油壓反饋控制算法，通過數(shù)字通信接口與接收其他類型的ECU期望油壓指令，獨(dú)立完成恒油壓閉環(huán)控制，進(jìn)一步提高了高壓燃油泵的通用性。將本文提出的控制算法與常規(guī)PID控制算法比較表明，基于模糊自適應(yīng)的控制方法具有較好的魯棒性，同時提高了不同油壓段油壓的控制精度。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于能源、動力與自動控制領(lǐng)域，具體是一種通用型的航空高壓燃油泵恒油壓模糊自適應(yīng)控制系統(tǒng)。

技術(shù)背景

發(fā)動機(jī)燃油電噴系統(tǒng)憑借其精確的燃油量控制，滿足發(fā)動機(jī)各種工況下所需最佳空燃比，大大提高發(fā)動機(jī)的做功效率，并且減少不充分燃燒氣體的排放，順應(yīng)發(fā)動機(jī)節(jié)能減排的發(fā)展方向，具有廣闊的應(yīng)用前景，成為當(dāng)今的研究熱點(diǎn)之一。高壓燃油泵恒油壓控制系統(tǒng)在發(fā)動機(jī)燃油電噴系統(tǒng)中起著至關(guān)重要的作用，噴油管路內(nèi)的油壓決定了噴油嘴燃油噴射速度。在恒定油壓的前提下，通過控制噴油嘴開漏時間即可精確控制發(fā)動機(jī)缸內(nèi)的噴油量。航空活塞發(fā)動機(jī)相比汽車發(fā)動機(jī)，所處工況更為復(fù)雜，在不同的飛行高度，發(fā)動機(jī)的最佳空燃比不同，所以需要動態(tài)調(diào)整管路油壓。但是常規(guī)的恒油壓控制算法只能適應(yīng)一定油壓范圍內(nèi)的精確控制，一旦所需油壓超過這個范圍，則需要人工改變控制器參數(shù)，魯棒性較差。而且目前的航空高壓燃油泵只能與原廠發(fā)動機(jī)ECU匹配使用，無法相互兼容，通用性較差。

發(fā)明內(nèi)容

發(fā)明目的

本發(fā)明的目的在于提供一種通用性更強(qiáng)、油壓控制更精確、具有更強(qiáng)魯棒性的航空高壓燃油泵恒油壓控制系統(tǒng)。

技術(shù)方案

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

本發(fā)明為一種航空高壓燃油泵恒油壓模糊自適應(yīng)控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括傳感器電路、主控電路和驅(qū)動電路三部分，其中，所述傳感器電路包括連接在油泵出油管支路上的油壓傳感器以及油壓信號濾波模塊；

所述主控電路中包括主控芯片、功能選擇開關(guān)，所述主控電路基于油壓傳感器采集到的油壓信號，采用模糊自適應(yīng)控制算法產(chǎn)生PWM控制信號，發(fā)送給所述驅(qū)動電路；

所述驅(qū)動電路包括油泵電機(jī)、電機(jī)驅(qū)動和抽油齒輪，所述主控電路產(chǎn)生PWM控制信號發(fā)送給所述油泵電機(jī)，調(diào)整電機(jī)轉(zhuǎn)速變化，電機(jī)帶動油泵實(shí)現(xiàn)油泵出油的恒油壓實(shí)時控制。

進(jìn)一步的，所述傳感器電路中包含濾波模塊，所述濾波模塊連接在所述油壓傳感器后，所述油壓傳感器輸出為模擬信號，濾波模塊對油壓傳感器輸出的模擬信號進(jìn)行了硬件低通濾波和軟件去野值濾波，得到穩(wěn)定準(zhǔn)確的傳感器數(shù)據(jù)。

進(jìn)一步的，所述主控電路設(shè)計(jì)的功能選擇開關(guān)既能滿足德國3W發(fā)動機(jī)ECU輸出PWM信號對油泵進(jìn)行恒油壓控制，而且可以通過數(shù)字通信接口接收其他型號發(fā)動機(jī)ECU的期望油壓指令，實(shí)現(xiàn)恒油壓獨(dú)立閉環(huán)控制，提高控制系統(tǒng)的通用性。

在上述航空高壓燃油泵恒油壓模糊自適應(yīng)控制系統(tǒng)基礎(chǔ)上，本發(fā)明還提供該系統(tǒng)的控制方法，所述控制方法采用模糊自適應(yīng)PID控制算法，根據(jù)設(shè)定油壓的大小、油壓與反饋油壓的偏差及偏差變化率動態(tài)調(diào)整初始的PID參數(shù)，實(shí)現(xiàn)了不同油壓段油壓的精確控制。所述控制方法包括以下步驟：

步驟一，設(shè)定輸入量，所述輸入量包括期望油壓與反饋油壓的偏差e和偏差的變化率ec，將所述輸入量映射到模糊論域；

步驟二，通過隸屬度函數(shù)將e和ec量化到模糊子集論域X的精確量x轉(zhuǎn)換為模糊語言變量，實(shí)現(xiàn)精確量的模糊化處理；