[發明專利]基于氣動調節閥的試車臺空氣流量調節的自動控制方法

在審

• 申請號: 202011605940.5
• 申請日: 2020-12-29
• 公開（公告）號: CN112764437A
• 公開（公告）日: 2021-05-07
• 發明（設計）人: 郭洪業;張海洲;李俊杰;王偉麗;史向前
• 申請（專利權）人: 北京動力機械研究所
• 主分類號: G05D7/06
• 分類號: G05D7/06
• 代理公司: 北京理工大學專利中心 11120
• 代理人: 梁倩;廖輝

本發明公開了一種基于氣動調節閥的試車臺空氣流量調節的自動控制方法，具體步驟如下：建立所述氣動調節閥所在管路的控制模型；將通過臨界噴管的空氣流量調節轉化為對臨界噴管內的空氣壓力調節，進而轉化為對臨界噴管前的管路內的壓力調節；計算當次試驗的通過臨界噴管的空氣流量的目標值對應的每個閥門的目標開度，每個閥門的目標開度均為L，令閥門的開口減小△L后，即L?△L作為每個閥門的預開度；調節每個閥門的開度至所述預開度L?△L后，通過工業控制器PLC對閥門的開度進行PID控制，控制閥門的開度逐漸增加，直到達到目標開度L；本發明通過預開度和PID調節相結合的方式快速精準地達到流量調節的目的，可大幅度減少調試時間和氣源消耗。

技術領域

本發明屬于飛行器地面試驗技術領域，具體涉及一種基于氣動調節閥的試車臺空氣流量調節的自動控制方法。

背景技術

自由射流試驗臺在開展各類型飛行器試驗時，試車臺需在極短時間內將空氣流量調節到位,否則將導致極大的氣源消耗。在空氣氣源固定的情況下，試車臺空氣流量調節到位的速度一定程度上決定了當次試驗的成本及可支持的最大試驗時間。發動機試車臺空氣流量調節的常規方法為經典PID控制或開環公式控制，均存在一定問題。由于流量調節被控對象為氣動調節閥，該類閥門存在響應略有遲滯、超調和反向調節特性差的特點，經典PID控制調試極為困難，開環公式控制則存在靜態誤差大，尤其在氣源壓力迅速下降時流量偏差會迅速增大。

發明內容

有鑒于此，本發明提供了一種基于氣動調節閥的試車臺空氣流量調節的自動控制方法，通過預開度和PID調節相結合的方式快速精準地達到流量調節的目的，可大幅度減少調試時間和氣源消耗。

一種基于氣動調節閥的試車臺空氣流量調節的自動控制方法，該方法的具體步驟如下：

步驟一，建立所述氣動調節閥所在管路的控制模型，所述控制模型包括：高壓氣源、臨界噴管及氣動調節閥；所述高壓氣源通過管路與與臨界噴管的入口端連接，所述管路的高壓氣源所在端分為兩個以上支路，每個支路上均安裝有一個氣動調節閥；

步驟二，將通過臨界噴管的空氣流量調節轉化為對臨界噴管內的空氣壓力調節，進而轉化為對臨界噴管前的管路內的壓力調節；

步驟三，計算當次試驗的通過臨界噴管的空氣流量的目標值對應的每個閥門的目標開度，每個閥門的目標開度均相等，均為L，令閥門的開口減小△L后，即L-△L作為每個閥門的預開度；

步驟四，調節每個閥門的開度至所述預開度L-△L后，通過工業控制器PLC對閥門的開度進行PID控制，控制閥門的開度逐漸增加，直到達到目標開度L。

進一步的，所述PID控制的控制算法為離散PID控制算法，表達式為：

式中，k為采樣時刻的序號，k＝1，2，…；k_p為比例系數，k_I為積分系數，k_D為微分系數，T為采樣總時間，T_I為采樣積分時間，T_D為采樣微分時間，且k_I＝k_p/T_I，k_D＝k_pT_D；e(j)為第j次采樣的輸入差值；u(k)為第k采樣時刻的輸出值，e(k-1)為第k-1時刻所得的偏差信號，e(k)為第k時刻所得的偏差信號。

進一步的，所述控制模型還包括安全閥；所述安全閥安裝在管路的未分支的所在端上。

進一步的，在步驟二中，計算通過臨界噴管的空氣流量q，計算公式如下：

其中，A_S為臨界噴管的喉道面積，T_t為臨界噴管內的空氣總溫，K為流量常數；p_t為臨界噴管內的空氣總壓；