一种航空发动机的起动过程燃油控制方法和系统技术方案

本发明专利技术公开了一种航空发动机的起动过程燃油控制方法和系统。根据设置的喘振裕度目标值以及计算的喘振裕度值进行喘振裕度限制保护计算，得到喘振裕度输出值，并根据喘振裕度输出值与温度修正量的对应关系，得到温度修正量；根据设置的温度裕度目标值、获取的发动机温度值以及温度修正量进行温度保护计算，得到温度输出值，根据温度输出值与燃油流量值的对应关系，获取当前时刻的燃油流量值；根据燃油流量值获取在燃油流量上限值与下限值之间的燃油流量输出值，以根据所述燃油流量输出值对发动机进行供油。本发明专利技术避免手动试凑来获取N2dot控制计划的繁琐工作。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于航空发动机控制，尤其涉及一种航空发动机的起动过程燃油控制方法和系统。
技术介绍
航空发动机(燃气涡轮发动机)正常的地面起动过程随着转速的升高分为三个阶段：1)起动机单独带转发动机；2)发动机到达一定转速后点火，发动机供油，起动机和涡轮共同带转发动机；3)起动机脱开，涡轮单独带转发动机至慢车状态。其中起动燃油的控制过程涉及上述的第2个和第3个阶段。传统的航空发动机起动过程燃油控制方法为油气比控制(起动控制指航空发动机从停车状态起动到慢车状态过程中控制输入的变化规律)。油气比控制是一种按燃油量和压气机出口压力的比值来实现过渡态控制的开环控制计划，不具备抗扰性，在宽广范围内使用时需要对计划进行修正。基于压气机转子加速度(N2dot)的起动过程燃油控制方法受到了广泛的关注(加速度控制指航空发动机在过渡态过程中，通过调节发动机燃油流量，获得期望的发动机转子转速的变化率)，该方法能使所有同一型号的发动机都具有相同的起动性能，即使彼此间存在制造和材料误差造成的差异；且发动机性能退化后，起动性能仍然能够保持不变。和基于油气比控制一样，基于转子加速度的起动控制也需要事先制定相应的参考控制计划，这些计划一般是按转子转速来调度的。如何获得这样的控制计划是一个关键问题。高性能航空发动机的起动过程主要考虑的因素是满足一定的喘振裕度、熄火边界以及涡轮前温度裕度，并在满足上述条件下尽可能的减少起动时间。传统的起动过程设计方法，是通过发动机性能仿真模型，设计出N2dot控制计划，再通过发动机起动试车，不断调试，修改控制计划，以达到所有限制条件要求，这样的实现方法不具有自动优化的功能，且会导致保留裕度较大，不能充分发挥发动机性能。同时，从N2dot控制实现的角度，需要设计N2dot控制器。N2dot控制回路具有自身的特点，其被控对象具有一个纯微分环节，因此从频率分析的角度来讲带来了90度的相位角超前，从而使得N2dot控制回路具有很高的稳定裕度，但是经典的频率设计方法如内模参数化方法、回路成型方法无法针对带纯微分环节的被控对象设计控制器。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是在航空发动机起动过程中满足喘振裕度、熄火边界以及温度裕度的条件下，获得起动过程中N2dot控制计划，避免了手动试凑来获取这一计划的繁琐工作。根据本专利技术一方面，提出一种航空发动机的起动过程燃油控制方法，包括：根据设置的喘振裕度目标值以及计算的喘振裕度值进行喘振裕度限制保护计算，得到喘振裕度输出值，并根据喘振裕度输出值与温度修正量的对应关系，得到温度修正量；根据设置的温度裕度目标值、获取的发动机温度值以及温度修正量进行温度保护计算，得到温度输出值，根据温度输出值与燃油流量值的对应关系，获取当前时刻的燃油流量值；根据燃油流量值获取在燃油流量上限值与下限值之间的燃油流量输出值，以根据所述燃油流量输出值对发动机进行供油。进一步，还包括：获取发动机的转速加速度(N2dot)目标值，将N2dot目标值与N2dot计算值之间的差值作为控制器输入，通过差分进化计算，输出为转速(N2)，所述差分进化计算以满足N2dot指令与N2dot跟随信号的差值、N2dot控制回路开环传递函数的相位裕度、以及N2dot控制回路开环传递函数的截止频率为目标，并且计算满足所述目标所对应的控制器参数。进一步，限定所述温度修正量的上下边界取值，并输出小于等于0的温度修正量。进一步，差分进化计算对控制器参数进行优化，其优化目标为：J=∫beginend(a|e(t)|+b/PM+cWc)dt]]>其中，e(t)是N2dot指令与N2dot跟随信号的差值，PM为N2dot控制回路开环传递函数的相位裕度，Wc为N2dot控制回路开环传递函数的截止频率，begin是起始时间，end为结束时间，a、b、c分别是三项指标的权值；通过多次迭代计算，最后一次计算的N2dot控制器参数使得目标值J达到最小，确定最终的N2dot控制器参数。进一步，从高压涡轮前温度传感器或发动机排气温度传感器获取发动机温度值。进一步，从高压压气机出口流量传感器或高压压气机进口流量传感器获取燃烧室的气流量值，根据燃油流量值与气流量值的比值关系，获取燃油流量值。进一步，根据燃油流量输出值与压气机出口压力的比值计算得到油气比。根据本专利技术一方面，提出一种航空发动机的起动过程燃油控制系统，包括：所述喘振裕度限制保护回路用于根据设置的喘振裕度目标值以及计算的喘振裕度值进行喘振裕度限制保护计算，得到喘振裕度输出值，并根据喘振裕度输出值与温度修正量的对应关系，得到温度修正量；所述温度裕度限制保护回路用于根据设置的温度裕度目标值、获取的发动机温度值以及温度修正量进行温度保护计算，得到温度输出值，根据温度输出值与燃油流量值的对应关系，获取当前时刻的燃油流量值；所述熄火限制保护回路用于根据燃油流量值获取在燃油流量上限值与下限值之间的燃油流量输出值，以根据所述燃油流量输出值对发动机进行供油。进一步，还包括：控制器，用于获取发动机的转速加速度(N2dot)目标值，将N2dot目标值与N2dot计算值之间的差值作为控制器输入，通过差分进化计算，输出为转速(N2)，所述差分进化计算以满足N2dot指令与N2dot跟随信号的差值、N2dot控制回路开环传递函数的相位裕度、以及N2dot控制回路开环传递函数的截止频率为目标，并且计算满足所述目标所对应的控制器参数。进一步，所述喘振裕度限制保护回路限定所述温度修正量的上下边界取值，并输出小于等于0的温度修正量。进一步，所述控制器执行差分进化计算对控制器参数进行优化，其优化目标为：J=∫beginend(a|e(t)|+b/PM+cWc)dt]]>其中，e(t)是N2dot指令与N2dot跟随信号的差值，PM为N2dot控制回路开环传递函数的相位裕度，Wc为N2dot控制回路开环传递函数的截止频率，begin是起始时间，end为结束时间，a、b、c分别是三项指标的权值；通过多次迭代计算，最后一次计算的N2dot控制器参数使得目标值J达到最小，确定最终的N2dot控制器参数。进一步，所述温度裕度限制保护回路从T4传感器或发动机排气温度EGT传感器获取发动机温度值。进一步，所述熄火限制保护回路从Wa3传感器或高压压气机进口流量Wa25传感器获取燃烧室的气流量值，根据燃油流量值与气流量值的比值关系，获取燃油流量值。进一步，所述控制器根据燃油流量输出值与压气机出口压力Ps3的比值计算得到油气比。在本专利技术中，以喘振裕度、温度裕度以及熄火边界的限制保护为目标，直接得到满足上述目标的燃油流量输出值，并根据所述燃油流量输出值对发动机进行供油。从而，可以获得发动机转速，并获得起动过程中N2dot控制计划，避免了手动试凑来获取这一计划的繁琐工作。通过以下参照附图对本专利技术的示例性实施例的详细描述，本专利技术的其它特征及其优点将会变得清楚。附图说明构成说明书的一部分的附图描述了本专利技术的实施例，并且连同说明书一起用于解释本专利技术的原理。参照附图，根据下面的详细描述，可以更加清楚地理解本专利技术，其中：图1所示为典型的燃气涡轮发动机。图2所示为航空发动机的起本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种航空发动机的起动过程燃油控制方法，包括：根据设置的喘振裕度目标值以及计算的喘振裕度值进行喘振裕度限制保护计算，得到喘振裕度输出值，并根据喘振裕度输出值与温度修正量的对应关系，得到温度修正量；根据设置的温度裕度目标值、获取的发动机温度值以及温度修正量进行温度保护计算，得到温度输出值，根据温度输出值与燃油流量值的对应关系，获取当前时刻的燃油流量值；根据燃油流量值获取在燃油流量上限值与下限值之间的燃油流量输出值，以根据所述燃油流量输出值对发动机进行供油。

【技术特征摘要】
1.一种航空发动机的起动过程燃油控制方法，包括：根据设置的喘振裕度目标值以及计算的喘振裕度值进行喘振裕度限制保护计算，得到喘振裕度输出值，并根据喘振裕度输出值与温度修正量的对应关系，得到温度修正量；根据设置的温度裕度目标值、获取的发动机温度值以及温度修正量进行温度保护计算，得到温度输出值，根据温度输出值与燃油流量值的对应关系，获取当前时刻的燃油流量值；根据燃油流量值获取在燃油流量上限值与下限值之间的燃油流量输出值，以根据所述燃油流量输出值对发动机进行供油。2.根据权利要求1所述航空发动机的起动过程燃油控制方法，还包括：获取发动机的转速加速度(N2dot)目标值，将N2dot目标值与N2dot计算值之间的差值作为控制器输入，通过差分进化计算，输出为转速(N2)，所述差分进化计算以满足N2dot指令与N2dot跟随信号的差值、N2dot控制回路开环传递函数的相位裕度、以及N2dot控制回路开环传递函数的截止频率为目标，并且计算满足所述目标所对应的控制器参数。3.根据权利要求1或2所述航空发动机的起动过程燃油控制方法，包括：限定所述温度修正量的上下边界取值，并输出小于等于0的温度修正量。4.根据权利要求2所述航空发动机的起动过程燃油控制方法，包括：差分进化计算对控制器参数进行优化，其优化目标为：J=∫beginend(a|e(t)|+b/PM+cWc)dt]]>其中，e(t)是N2dot指令与N2dot跟随信号的差值，PM为N2dot控制回路开环传递函数的相位裕度，Wc为N2dot控制回路开环传递函数的截止频率，begin是起始时间，end为结束时间，a、b、c分别是三项指标的权值；通过多次迭代计算，最后一次计算的N2dot控制器参数使得目标值J达到最小，确定最终的N2dot控制器参数。5.根据权利要求1或2所述航空发动机的起动过程燃油控制方法，包括：从高压涡轮前温度(T4)传感器或发动机排气温度(EGT)传感器获取发动机温度值。6.根据权利要求1或2所述航空发动机的起动过程燃油控制方法，包括：从高压压气机出口流量(Wa3)传感器或高压压气机进口流量(Wa25)传感器获取燃烧室的气流量值，根据燃油流量值与气流量值的比值关系，获取燃油流量值。7.根据权利要求1或2所述航空发动机的起动过程燃油控制方法，包括：根据燃油流量输出值与压气机出口压力(Ps3)的比值计算得到油气比。8.一种航空发动机的起动过程燃油控制系统，包括：所述喘振裕度限制保护回路用于...

【专利技术属性】
技术研发人员：魏芳，王曦，张荣，侯灵峰，赵旭东，殷锴，
申请(专利权)人：中航商用航空发动机有限责任公司，
类型：发明
国别省市：上海;31