一种辅助动力装置超转检测装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术属于航空动力控制领域，涉及一种辅助动力装置超转检测装置及方法。为了有效实现APU的超转检测保护控制，该装置包括转速信号调理电路、两路独立的硬件超转检测电路和CPU软件超转检测单元；转速信号调理电路将两路转速信号进行调理后输入至硬件超转检测电路和CPU软件超转检测单元；当CPU软件超转检测单元和硬件超转检测电路任一检测到辅助动力装置超转时，输出超转控制信号，控制切断辅助动力装置的燃油供应电磁阀，能够保证辅助动力装置在全工作包线内可靠、准确的实现超转保护控制。

【技术实现步骤摘要】
一种辅助动力装置超转检测装置及方法
本专利技术属于航空动力控制领域，涉及燃气涡轮发动机，尤其是辅助动力装置的超转检测控制方法。
技术介绍
辅助动力装置(APU)是一种小型的燃气涡轮发动机，主要用于为飞机主发动机的起动及环控系统提供引气，并可通过附件齿轮箱为飞机发电系统提供轴功率。当飞机在地面时，APU可替代笨重的气源车和电源车；在飞机起飞过程中，主发动机的功率可全部用于加速爬升，以改善飞机起飞性能；飞机着陆后，主发动机可及时关闭，以节省燃油和降低机场噪音。因此现代大中型飞机全都配备有APU。辅助动力装置设计转速一般在30000～60000rpm之间，属于高转速旋转装置，运行过程中，出现转速超过极限情况会给发动机带来很大的风险，可能导致非包容性转子爆破的机械超速故障产生，该故障是一种灾难性的故障。辅助动力装置的超转检测控制是一种APU超转保护控制技术，是APU安全稳定运行控制的核心功能。通过实时检测APU的运行转速，检测到APU运行转速超过安全运行转速点时，输出超转信号，控制切断APU的燃油供应，使APU停车，实现APU的运行保护。当前，国内在辅助动力装置的研制上仍处于起步阶段，辅助动力装置的控制和保护技术刚进入工程应用，前期相关技术研究均处于空白。
技术实现思路
为了有效实现APU的超转检测保护控制，本专利技术提供一种辅助动力装置超转检测控制系统及方法，采用了软件和硬件非相似余度和硬件相似余度设计，当软件超转检测和硬件超转检测任一检测到辅助动力装置超转时，输出超转控制信号，控制切断辅助动力装置的燃油供应电磁阀，可有效实现APU的超转检测保护控制。本专利技术的技术方案是提供一种辅助动力装置超转检测装置，其特殊之处在于：包括转速信号调理电路、两路独立的硬件超转检测电路与CPU软件超转检测单元；上述转速信号调理电路的输出端分别与两路独立的硬件超转检测电路及CPU软件超转检测单元的输入端连接；上述硬件超转检测电路及CPU软件超转检测单元的输出端均与停车控制电路连接；上述转速信号调理电路用于接收辅助动力装置输出的两路转速信号并对两路转速信号调理为硬件超转检测电路和CPU软件超转检测单元可采集的方波信号；上述两路独立的硬件超转检测电路包括CPLD或PLD或FPGA逻辑电路与通道综合电路；CPLD或PLD或FPGA逻辑电路用于将方波信号与硬件超转阈值转速比较，当任一通道CPLD或PLD或FPGA逻辑电路中接收的方波信号大于硬件超转阈值转速时，CPLD或PLD或FPGA逻辑电路输出该通道超转信号给通道综合电路；通道综合电路接收到任一通道超转信号时，输出超转控制信号；上述CPU软件超转检测单元用于将方波信号与软件超转阈值转速比较，当方波信号大于软件超转阈值转速时，触发软件超转信号。进一步地，该装置还包括频率发生电路，用于产生CPLD或PLD或FPGA逻辑电路自检的超转参考频率信号。本专利技术还提供一种利用上述的辅助动力装置超转检测装置实现超转检测的方法，包括以下步骤：步骤一、转速信号调理电路将输入的两路转速信号进行调理变为硬件超转检测电路和CPU软件超转检测单元能够采集的方波信号Speed1与Speed2，并将调理后的方波信号Speed1和Speed2输入至硬件超转检测电路和CPU软件超转检测单元；步骤二、CPU软件超转检测单元对输入的方波信号进行比较，选取最大值作为软件采集转速信号SW_Speed的取值，即当Speed1≥Speed2时，SW_Speed＝Speed1，否则：SW_Speed＝Speed2；步骤三、将步骤二获取的软件采集转速信号SW_Speed与软件超转阈值转速OverSpeed1进行比较，当SW_Speed＞OverSpeed1，且维持时间≥t1，则触发软件超转信号有效；步骤四、两路硬件超转检测电路分别接收Speed1与Speed2，每一路硬件超转检测电路根据输入的Speed1或Speed2与设定的硬件超转阈值转速OverSpeed2进行比较，当任一硬件超转检测电路检测到Speed1或Speed2＞OverSpeed2，且维持时间≥t2时，则触发硬件超转信号有效；步骤五、当软件超转信号有效和硬件超转信号任一个被触发有效时，则触发APU超转信号有效，控制保护APU切油停车。进一步地，上述软件超转阈值转速OverSpeed1为APU安全运行转速限制点；软件超转检测维持时间t1为2个软件采集周期。进一步地，上述硬件超转阈值转速OverSpeed2为(1.1～1.2)*OverSpeed1；硬件超转检测维持时间t2为1个软件采集周期。进一步地，上述的辅助动力装置超转检测方法，还包括通道综合电路自检的步骤：在电子控制器检测到停车指令时，CPU软件超转检测单元输出两路自检指令信号Mode_Select1、Mode_Select2；当任一通道综合电路接收到自检指令信号有效时，则触发硬件超转信号HW_OS有效；若采集到HW_OS无效，则判定该通道综合电路故障。进一步地，上述的辅助动力装置超转检测方法，还包括CPLD或PLD或FPGA逻辑电路自检的步骤：硬件超转逻辑电路检测通过模拟APU超转信号实现自检测，自检测时不影响APU系统的正常工作，自检测功能由软件触发，包括以下步骤；1)、在电子控制器检测到停车指令时，CPU软件超转检测单元输出两路自检指令信号Mode_Select1、Mode_Select2；当CPLD或PLD或FPGA逻辑电路接收到自检指令信号Mode_Select1＝1或Mode_Select2＝1时，CPLD或PLD或FPGA逻辑电路将输入的转速Speed1和Speed2切换到内部超转参考频率信号REF_OS；所述REF_OS大于OverSpeed2；2)、CPLD或PLD或FPGA逻辑电路将REF_OS与硬件超转限制转速OverSpeed2比较，因为REF_OS>OverSpeed2，所以CPLD或PLD或FPGA逻辑电路触发硬件超转信号有效；3)、CPU软件超转检测单元采集CPLD或PLD或FPGA逻辑电路输出的超转信号，当检测到任一超转信号无效，则判定该对应CPLD或PLD或FPGA逻辑电路故障。进一步地，超转参考转速REF_OS设置为(1.5～1.6)*OverSpeed1。本专利技术的有益效果是：1、本专利技术的辅助动力装置超转检测装置结构简单，控制可靠性高，能够有效的提升动力装置的运行可靠性与安全性。2、本专利技术具备完善的电路自检测功能，通过模拟超转信号实现硬件超转逻辑电路的故障检测；通过软件超转检测信号实现通道综合电路故障检测，同时能够兼顾APU的停车控制，简化了系统的控制策略，提高了系统的测试性。3、本专利技术的超转检测方法，既解决了超转检测控制问题，又提供了一种有效的硬件超转电路的自检方法，同时兼顾实现了APU的停车控制功能，有效的降低了系统的复杂度，提升了系统的可靠性、安全性与测试性。<本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种辅助动力装置超转检测装置，其特征在于：包括转速信号调理电路、两路独立的硬件超转检测电路与CPU软件超转检测单元；/n所述转速信号调理电路的输出端分别与两路独立的硬件超转检测电路及CPU软件超转检测单元的输入端连接；所述硬件超转检测电路及CPU软件超转检测单元的输出端均与停车控制电路连接；/n所述转速信号调理电路用于接收辅助动力装置输出的两路转速信号并对两路转速信号调理为硬件超转检测电路和CPU软件超转检测单元可采集的方波信号；/n所述两路独立的硬件超转检测电路包括CPLD或PLD或FPGA逻辑电路与通道综合电路；CPLD或PLD或FPGA逻辑电路用于将方波信号与硬件超转阈值转速比较，当任一通道CPLD或PLD或FPGA逻辑电路中接收的方波信号大于硬件超转阈值转速时，CPLD或PLD或FPGA逻辑电路输出该通道超转信号给通道综合电路；通道综合电路接收到任一通道超转信号时，输出超转控制信号；/n所述CPU软件超转检测单元用于将方波信号与软件超转阈值转速比较，当方波信号大于软件超转阈值转速时，触发软件超转信号。/n

【技术特征摘要】
1.一种辅助动力装置超转检测装置，其特征在于：包括转速信号调理电路、两路独立的硬件超转检测电路与CPU软件超转检测单元；
所述转速信号调理电路的输出端分别与两路独立的硬件超转检测电路及CPU软件超转检测单元的输入端连接；所述硬件超转检测电路及CPU软件超转检测单元的输出端均与停车控制电路连接；
所述转速信号调理电路用于接收辅助动力装置输出的两路转速信号并对两路转速信号调理为硬件超转检测电路和CPU软件超转检测单元可采集的方波信号；
所述两路独立的硬件超转检测电路包括CPLD或PLD或FPGA逻辑电路与通道综合电路；CPLD或PLD或FPGA逻辑电路用于将方波信号与硬件超转阈值转速比较，当任一通道CPLD或PLD或FPGA逻辑电路中接收的方波信号大于硬件超转阈值转速时，CPLD或PLD或FPGA逻辑电路输出该通道超转信号给通道综合电路；通道综合电路接收到任一通道超转信号时，输出超转控制信号；
所述CPU软件超转检测单元用于将方波信号与软件超转阈值转速比较，当方波信号大于软件超转阈值转速时，触发软件超转信号。


2.根据权利要求1所述的一种辅助动力装置超转检测装置，其特征在于：还包括频率发生电路，用于产生CPLD或PLD或FPGA逻辑电路自检的超转参考频率信号。


3.一种利用权利要求1所述的一种辅助动力装置超转检测装置实现超转检测的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一、转速信号调理电路将输入的两路转速信号进行调理变为硬件超转检测电路和CPU软件超转检测单元能够采集的方波信号Speed1与Speed2，并将调理后的方波信号Speed1和Speed2输入至硬件超转检测电路和CPU软件超转检测单元；
步骤二、CPU软件超转检测单元对输入的方波信号进行比较，选取最大值作为软件采集转速信号SW_Speed的取值，即当Speed1≥Speed2时，SW_Speed＝Speed1，否则：SW_Speed＝Speed2；
步骤三、将步骤二获取的软件采集转速信号SW_Speed与软件超转阈值转速OverSpeed1进行比较，当SW_Speed＞OverSpeed1，且维持时间≥t1，则触发软件超转信号有效；
步骤四、两路硬件超转检测电路分别接收Speed1与Speed2，每一路硬件超转检测电路根据输入的Speed1或Speed2与设定的硬件超转阈值转速OverSpeed2进行比较，当任...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨恒辉，张宝升，张弛，王超，赵小勇，徐杰，
申请(专利权)人：中国航空工业集团公司西安航空计算技术研究所，
类型：发明
国别省市：陕西;61