[發明專利]基于流量調節的大功率渦輪機動力系統轉速閉環控制方法

有效

• 申請號: 202011531533.4
• 申請日: 2020-12-22
• 公開（公告）號: CN112682114B
• 公開（公告）日: 2023-08-04
• 發明（設計）人: 韓勇軍;劉培培;王俊光;趙海濤;湯田;白超;伊寅;伊進寶;許波
• 申請（專利權）人: 西安精密機械研究所;中國船舶重工集團有限公司
• 主分類號: F01D21/00
• 分類號: F01D21/00;F01D21/02;F01D21/14;F02C9/30;F04B49/06
• 代理公司: 西安匠星互智知識產權代理有限公司 61291
• 代理人: 陳星;屠沛

本發明提供一種基于流量調節的大功率渦輪機動力系統轉速閉環控制方法，解決現有轉速閉環控制方法所存在的調節時間長，調節過程轉速波動較大、以及不適用于大功率渦輪機動力系統的問題。本發明旨在渦輪機動力系統工作過程中根據上位機指令進行變速或變深，并通過微機控制器對燃料流量進行實時控制，以保證系統轉速的穩定。通過監測渦輪機動力系統中發動機輸出轉速和控制燃料泵的輸出流量來實現轉速閉環控制。燃料泵為電控變量柱塞斜盤泵，泵的流量由泵的轉速、配流盤角度決定，調節配流盤角度就可以調節泵的輸出流量，進而改變燃燒室出口壓力，最終發動機輸出轉速隨之改變。

技術領域

本發明屬于渦輪機動力系統控制技術領域，具體涉及一種基于流量調節的大功率渦輪機動力系統轉速閉環控制方法。

背景技術

隨著現代水中航行器技術的發展，其性能越來越高，為適應未來需求，水下自發射裝置應向高速、遠航程、多工況適用性方向發展。轉速閉環控制相比開環控制，其控制精度較高，抗干擾能力強，是實現發動機轉速高精度、快速、穩定控制的主要途徑，且可以實現無級變速功能以適應未來多種復雜工況的需求，因此是水下自發射裝置動力系統控制的發展趨勢。渦輪機動力系統具有功率大的優勢,且采用了可大范圍調節流量的電控變量燃料泵,具備實現轉速閉環控制的條件。俄羅斯已開發出轉速閉環控制裝置樣機并通過功率試驗驗證，但仍存在調節時間長，調節過程轉速波動較大的問題。西北工業大學基于PID算法針對小功率渦輪機動力系統開發出了轉速閉環控制裝置原理樣機，并進行了半實物仿真試驗驗證，但僅能進行雙速制控制，且轉速和流量調節范圍均偏小，適用工況有限，無法推廣應用到大功率渦輪機動力系統。因此有必要研究一種可靠穩定的控制方法，對大功率水下自發射裝置渦輪機動力系統變速和變深過程進行控制調節。

發明內容

本發明的目的在于解決現有轉速閉環控制方法所存在的調節時間長，調節過程轉速波動較大、以及不適用于大功率渦輪機動力系統的不足之處，而提供一種基于流量調節的大功率渦輪機動力系統轉速閉環控制方法。

本發明的構思是：

在渦輪機動力系統工作過程中根據上位機指令進行變速或變深，并通過微機控制器對燃料流量進行實時控制，以保證系統轉速的穩定。通過監測渦輪機動力系統中發動機輸出轉速和控制燃料泵的輸出流量來實現轉速閉環控制。燃料泵為電控變量柱塞斜盤泵，泵的流量由泵的轉速、配流盤角度決定，調節配流盤角度就可以調節泵的輸出流量，進而改變燃燒室出口壓力，最終發動機輸出轉速隨之改變。

通過實時計算發動機輸出指令轉速與當前發動機實際輸出轉速的差值，當該差值超出動力系統允許誤差范圍時，微機控制器根據動力系統固有特性計算出相應轉速差對應的流量差，然后再根據變量燃料泵固有特性計算流量差出相應的配流盤角度差值，最后將配流盤角度差值轉換成可以被燃料泵伺服電機識別的電壓信號，驅動變量燃料泵改變配流盤角度，進而改變燃料流量以滿足動力系統變工況工作的轉速和功率要求。

為實現上述目的，本發明所提供的技術解決方案是：

基于流量調節的大功率渦輪機動力系統轉速閉環控制方法，所述渦輪機動力系統包括電控變量燃料泵、燃燒室、發動機；所述電控變量燃料泵為電控變量柱塞斜盤泵，泵體內設置有配流盤；其特殊之處在于，包括以下步驟：

1)獲得所述渦輪機動力系統的固有特性以及電控變量燃料泵的固有特性

其中，為電控變量燃料泵的燃料流量，單位是L/min；n為當前所述渦輪機動力系統發動機的實際輸出轉速，單位是r/min；α為配流盤角度，單位是°；

2)上位機計算當前所述渦輪機動力系統所處工況下發動機的指令輸出轉速n_c，并發送給微機控制器；

3)微機控制器檢測當前所述渦輪機動力系統發動機的實際輸出轉速n；

4)微機控制器將步驟2)獲得的指令輸出轉速n_c和步驟3)獲得的實際輸出轉速n進行比較，計算轉速差△n；