本发明专利技术属于流体机械控制系统一维动态换热仿真领域，提供一种在Flowmaster平台上液压控制机构等效控制器快速建模及优化方法。能够精确地模拟齿轮泵、离心泵以及回油活门组件构成的回路油温变化，对比AMESim建模得到很大简化，并且能得到理想的温度、压力和流量分析；同时，提出的回油组合活门拆解建模方案对其他机械液压系统热仿真建模有很大指导性；本发明专利技术提出的与MATLAB/Simulink联合仿真，不仅可以优化控制器参数，可快速利用软件自带PID控制器建模，还可以把Simulink上成熟的控制策略直接应用到Flowmaster平台上，这有很大的普适性，可以为其他类型发动机燃调系统热温模型仿真提供参考。
【技术实现步骤摘要】
一种在Flowmaster平台上液压控制机构等效控制器快速建模及优化方法
本专利技术涉及一种基于发动机燃油调节机械液压系统的Flowmaster软件快速建模方法，包括齿轮泵、离心泵数据建模，组合阀件等效建模，建模后进行换热模拟仿真，属于流体机械控制系统一维动态换热仿真领域。
技术介绍
本专利技术依托背景为某型航空发动机燃油调节系统机械液压换热仿真的Flowmaster模型。航空发动机是飞机最重要的部件，为飞机提供稳定飞行的动力，安全性必须得到多重保证。燃油调节系统，可以视为发动机的“发动机”，重要性不言而喻。航空发动机的燃油调节系统包括离心泵、齿轮泵和回油组合活门，计量活门、定压活门、高压关活门等。随着飞机所需要的功率愈来愈大，燃调系统供油量也将会更大。其中，燃油的调节范围变得更宽，燃油调节系统在低供油量下，必然伴随着大量回油，这些回油在经过降压后会产生大量的热量，引起温度急剧升高。过度的温升引起燃油变质、齿轮泵润滑变差，累积高温回油经过的精密阀件产生一定破坏，严重影响着供油系统安全性能。需要快速建立包括回油在内的燃油调节系统换热模型，一方面分析影响温度升高的因素；另一方面在不同解决方案间进行模拟温度降低百分比。因此，燃油调节系统建立机械液压温度拟合仿真模型，对燃油温升故障存在着分析指导意义，在理论上得到最优化的解决方案。根据现有文献，对燃油调节系统机械液压仿真模型大多数在AMESim平台上进行仿真，并且可以转换为换热仿真模型，与Flowmaster软件仿真模型相比，建模更加精确、细致。缺点是齿轮泵和离心泵模型建模比较粗糙，这也是我们需要着重分析的因素，不能简化。Flowmaster软件能快速建立模型，进行温度动态仿真分析。缺点是建立机械结构模型不如AMESim建模方便直观，需要设计较复杂的控制方案实现。建模之后机械液压部件间相互影响使得系统存在滞后响应，采用增加惯性环节，同时抵消高频干扰；模型在使用包含积分项的PI控制器时，产生饱和积分现象，采用冻结积分方案解决；模型在反复对比试验中要多次控制器调参，采用一定优化策略进行联合仿真优化参数，实现燃油调节系统的温度仿真。
技术实现思路
为了实现航空发动机燃油调节系统的回油温度仿真，针对燃油调节系统回油组合活门难以直观建模问题，离心泵、齿轮泵一维建模过于简化问题，本文提出了一种基于Flowmaster软件的发动机供油调节系统的快速建模方法。本专利技术的技术方案：一种在Flowmaster软件平台上燃调系统热仿真快速建模和控制器调参方法，包括以下步骤：S1：根据实际燃油调节系统结构，采用拆解方式，对发动机燃油调节系统回油组合活门进行搭建模型，包括回油活门、计量活门和压差活门等效机构；S1.1：首先确定打开回油活门方式，通过计量前后压差，控制回油活门开度，压差活门起到中间传递和控制作用，直接设计位移控制器进行等效替代建模；S1.2：在采集计量前后压差的传感器上设计输出限幅，控制器输出也有限幅，在控制器误差输入后加入一个判定环节，判定输入为控制器输出X0，经过限幅后X1；x＝|X0-X1|式中，若x大于0，改控制器积分项输入为0，等效阀门最大开度；S1.3：设计切换控制器参数配置策略，采用和MATLAB/Simulink联合仿真，Flowmaster程序在Simulink里是S-Function函数，使用M文件调用程序迭代，联合仿真环境合理配置接口即可进行；S2：对高压关断活门进行建模S2.1：采用解析方式，把高压关断分开建模，作动部分使用弹簧和作动筒配合建模，输入为高压关断活门入口高压P1，离心泵出口低压P2；输出距离即为活门位移；S2.2：在输出位移和高压关断中间加入一阶惯性环节，在Flowmaster软件内直接搭建，如下：式中，Ts为惯性时间常数，合理选取数值能有效的消除建模毛刺现象；S3：对离心泵进行建模S3.1：首先取得离心泵额定数据，包括转速、流量、扬程和扭矩；采用归一化方法，对离心泵扬程流量曲线、扭矩流量曲线各转速下折合到额定转速下，折合公式如下；式中，n、Q、H、T分别表示任意工况下的转速、流量、扬程和扭矩；nr、Qr、Hr、Tr表示额定转速、额定流量、额定扬程和额定扭矩；S3.2：取得离心泵需要仿真工况附近的数据，流量Q、扬程H、转速n，扭矩T，扭矩与效率η直接相关具体公式如下，进行数据处理，得到平滑数据线，完成建模；式中，η表示离心泵总效率，ω表示离心泵角速度，Δp表示离心泵压差；S4：对齿轮泵建模S4.1：齿轮泵建模分为机械效率和容积效率建模，关系如下公式表述；η＝ηv*ηm式中，总效率η，包括容积效率ηv，机械效率ηm；S4.2：采用数据建模方式，对齿轮泵容积效率和机械效率建模，公式如下：式中，Δp表示进出口压差，Ns表示齿轮泵额定转速，Vr表示额定排量，齿轮泵输入轴功率为P0，体积流量Qv；S4.3：得到不同工况点下数据，易于获得的参数包括总效率η和齿轮泵增压压差Δp，进行插值法建模，得到全工况点下的数据，再利用如下计算公式得到发热功率Ph，加热到齿轮泵通过燃油；式中，Δp表示进出口压差，齿轮泵发热功率Ph，流量Qv，机械效率ηm；S4.4：插值法进行预测建模，根据转速与实际测得数据标准转速线做比，根据压差和实际系统逆推压差做比，然后再根据压差比得到2个效率，再根据转速比得到所求效率；η＝x*Δp+y式中，总效率η和压差Δp成一次线性关系，f(x,y)表示转速比，转速比不同时，斜率x和初值y均不同，N表示任意转速，Ns表示额定转速。本专利技术的有益效果：本专利技术提出了一种航空发动机燃油调节系统机械液压回油热仿真在Flowmaster平台建模方法，能够精确地模拟齿轮泵、离心泵以及回油活门组件构成的回路油温变化，对比AMESim建模得到很大简化，并且能够得到理想的温度、压力和流量分析；同时，提出的回油组合活门拆解建模方案对其他机械液压系统热仿真建模有很大指导性；本专利技术提出的与MATLAB/Simulink联合仿真，不仅可以优化控制器参数，可以快速利用软件自带PID控制器建模，还可以把Simulink上成熟的控制策略直接应用到Flowmaster平台上，这有很大的普适性，可以为其他类型发动机燃调系统热温模型仿真提供参考。附图说明图1为本专利技术的总体建模示意图；图2联合仿真Simulink端处理策略示意图；图3为粒子群迭代Flowmaster控制器元件更新示意图；图4为在工况点转速N＝5300，Q＝270，本文方法动态仿真控制器输出即活门开度面积变化结果示意图；图5为在工况点转速N＝5300，Q＝270，本文方法动态仿真回油温度变化示意图。具体实施方式下面结合附图及技术方案，本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种在Flowmaster软件平台上燃调系统热仿真快速建模和控制器调参方法，其特征在于，包括以下步骤：/nS1：根据实际燃油调节系统结构，采用拆解方式，对发动机燃油调节系统回油组合活门进行搭建模型，包括回油活门、计量活门和压差活门等效机构；/nS1.1：首先确定打开回油活门方式，通过计量前后压差，控制回油活门开度，压差活门起到中间传递和控制作用，直接设计位移控制器进行等效替代建模；/nS1.2：在采集计量前后压差的传感器上设计输出限幅，控制器输出也有限幅，在控制器误差输入后加入一个判定环节，判定输入为控制器输出X
【技术特征摘要】
1.一种在Flowmaster软件平台上燃调系统热仿真快速建模和控制器调参方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：根据实际燃油调节系统结构，采用拆解方式，对发动机燃油调节系统回油组合活门进行搭建模型，包括回油活门、计量活门和压差活门等效机构；
S1.1：首先确定打开回油活门方式，通过计量前后压差，控制回油活门开度，压差活门起到中间传递和控制作用，直接设计位移控制器进行等效替代建模；
S1.2：在采集计量前后压差的传感器上设计输出限幅，控制器输出也有限幅，在控制器误差输入后加入一个判定环节，判定输入为控制器输出X0，经过限幅后X1；
x＝|X0-X1|
式中，若x大于0，改控制器积分项输入为0，等效阀门最大开度；
S1.3：设计切换控制器参数配置策略，采用和MATLAB/Simulink联合仿真，Flowmaster程序在Simulink里是S-Function函数，使用M文件调用程序迭代，联合仿真环境合理配置接口即可进行；
S2：对高压关断活门进行建模
S2.1：采用解析方式，把高压关断分开建模，作动部分使用弹簧和作动筒配合建模，输入为高压关断活门入口高压P1，离心泵出口低压P2；输出距离即为活门位移；
S2.2：在输出位移和高压关断中间加入一阶惯性环节，在Flowmaster软件内直接搭建，如下：
式中，Ts为惯性时间常数，合理选取数值能有效的消除建模毛刺现象；
S3：对离心泵进行建模
S3.1：首先取得离心泵额定数据，包括转速、流量、扬程和扭矩；采用归一化方法，对离心泵扬程流量曲线、扭矩流量曲线各转速下折合到额定转速下，折合公式如下；
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【专利技术属性】
技术研发人员：杜宪，陈吉祥，孙希明，
申请(专利权)人：大连理工大学，
类型：发明
国别省市：辽宁;21
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