基于气动调节阀的试车台空气流量调节的自动控制方法技术

本发明专利技术公开了一种基于气动调节阀的试车台空气流量调节的自动控制方法，具体步骤如下：建立所述气动调节阀所在管路的控制模型；将通过临界喷管的空气流量调节转化为对临界喷管内的空气压力调节，进而转化为对临界喷管前的管路内的压力调节；计算当次试验的通过临界喷管的空气流量的目标值对应的每个阀门的目标开度，每个阀门的目标开度均为L，令阀门的开口减小△L后，即L‑△L作为每个阀门的预开度；调节每个阀门的开度至所述预开度L‑△L后，通过工业控制器PLC对阀门的开度进行PID控制，控制阀门的开度逐渐增加，直到达到目标开度L；本发明专利技术通过预开度和PID调节相结合的方式快速精准地达到流量调节的目的，可大幅度减少调试时间和气源消耗。

【技术实现步骤摘要】
基于气动调节阀的试车台空气流量调节的自动控制方法
本专利技术属于飞行器地面试验
，具体涉及一种基于气动调节阀的试车台空气流量调节的自动控制方法。
技术介绍
自由射流试验台在开展各类型飞行器试验时，试车台需在极短时间内将空气流量调节到位,否则将导致极大的气源消耗。在空气气源固定的情况下，试车台空气流量调节到位的速度一定程度上决定了当次试验的成本及可支持的最大试验时间。发动机试车台空气流量调节的常规方法为经典PID控制或开环公式控制，均存在一定问题。由于流量调节被控对象为气动调节阀，该类阀门存在响应略有迟滞、超调和反向调节特性差的特点，经典PID控制调试极为困难，开环公式控制则存在静态误差大，尤其在气源压力迅速下降时流量偏差会迅速增大。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术提供了一种基于气动调节阀的试车台空气流量调节的自动控制方法，通过预开度和PID调节相结合的方式快速精准地达到流量调节的目的，可大幅度减少调试时间和气源消耗。一种基于气动调节阀的试车台空气流量调节的自动控制方法，该方法的具体步骤如下：步骤一，建立所述气动调节阀所在管路的控制模型，所述控制模型包括：高压气源、临界喷管及气动调节阀；所述高压气源通过管路与与临界喷管的入口端连接，所述管路的高压气源所在端分为两个以上支路，每个支路上均安装有一个气动调节阀；步骤二，将通过临界喷管的空气流量调节转化为对临界喷管内的空气压力调节，进而转化为对临界喷管前的管路内的压力调节；步骤三，计算当次试验的通过临界喷管的空气流量的目标值对应的每个阀门的目标开度，每个阀门的目标开度均相等，均为L，令阀门的开口减小△L后，即L-△L作为每个阀门的预开度；步骤四，调节每个阀门的开度至所述预开度L-△L后，通过工业控制器PLC对阀门的开度进行PID控制，控制阀门的开度逐渐增加，直到达到目标开度L。进一步的，所述PID控制的控制算法为离散PID控制算法，表达式为：式中，k为采样时刻的序号，k＝1，2，…；kp为比例系数，kI为积分系数，kD为微分系数，T为采样总时间，TI为采样积分时间，TD为采样微分时间，且kI＝kp/TI，kD＝kpTD；e(j)为第j次采样的输入差值；u(k)为第k采样时刻的输出值，e(k-1)为第k-1时刻所得的偏差信号，e(k)为第k时刻所得的偏差信号。进一步的，所述控制模型还包括安全阀；所述安全阀安装在管路的未分支的所在端上。进一步的，在步骤二中，计算通过临界喷管的空气流量q，计算公式如下：其中，AS为临界喷管的喉道面积，Tt为临界喷管内的空气总温，K为流量常数；pt为临界喷管内的空气总压；由于AS、Tt及K均为已知值，通过临界喷管的空气流量q与临界喷管内的空气总压pt一一对应。进一步的，在步骤三中，绘制所有气动调节阀的流量特性曲线，用插值法拟合气动调节阀的开度和其所在支路内的空气压力的关系曲线；根据所述流量特性曲线及气动调节阀的开度和其所在支路内的空气压力的关系曲线，计算得到当次试验的通过临界喷管的空气流量的目标值对应的每个阀门的目标开度。有益效果：(1)由于气动调节阀的反向调节特性较差，为保证调节效果应尽量避免气动调节阀过调，逐步上升逼近为最佳控制策略，本专利技术充分利用气动调节阀的调节特性，通过设置气动调节阀的预开度实现快速到达目标开度附近，然后通过离散PID控制算法实现精细化调节，既保证了调节速度又保证了调节精度，可快速准确地实现对空气流量调节，完成试验任务。(2)本专利技术在实际使用中，PID中比例积分微分参数易于摸取，可极大地减少调试时间和次数，节约大量能源，具有非常强的工程应用意义；且本专利技术目前已在某试验台气路调试中得到应用，取得了良好效果。附图说明图1为控制模型示意图；图2为采用工业控制器PLC对阀门的开度进行PID控制后的效果图；其中，1-气动调节阀，2-安全阀，3-临界喷管。具体实施方式下面结合附图并举实施例，对本专利技术进行详细描述。本实施例提供了一种基于气动调节阀的试车台空气流量调节的自动控制方法，该方法的具体步骤如下：步骤一，建立所述气动调节阀1所在管路的控制模型，参见附图1，所述控制模型包括：高压气源、临界喷管3、气动调节阀1及安全阀2；所述高压气源通过管路与与临界喷管3的入口端连接，所述管路的高压气源所在端分为两个以上支路，每个支路上均安装有一个气动调节阀1，所述安全阀2安装在管路的未分支的所在端上；所述气动调节阀1用于调节所在支路的空气压力，进而控制通过临界喷管3的空气压力；所述安全阀2用于对管路起到故障保护的作用，如当管路内的压力超过预设极限时，会自动泄压；步骤二，计算通过临界喷管3的空气流量q，计算公式如下：其中，AS为临界喷管3的喉道面积，Tt为临界喷管3内的空气总温，K为流量常数，本实施例取0.04042；pt为临界喷管3内的空气总压；根据公式(1)可知，由于AS、Tt及K均为已知值，通过临界喷管3的空气流量q与临界喷管3内的空气总压pt一一对应，因此，通过临界喷管3的空气流量调节可转化为对临界喷管3内的空气压力调节，进而转化为对临界喷管3前的管路内的压力调节；步骤三，绘制所有气动调节阀1的流量特性曲线，用插值法拟合气动调节阀1的开度和其所在支路内的空气压力的关系曲线；步骤四，根据所述流量特性曲线及气动调节阀1的开度和其所在支路内的空气压力的关系曲线，计算当次试验的通过临界喷管3的空气流量的目标值对应的每个阀门的目标开度，每个阀门的目标开度均相等，均为L，令阀门的开口减小△L后，即L-△L作为每个阀门的预开度；步骤五，调节每个阀门的开度至所述预开度L-△L后，通过工业控制器PLC对阀门的开度进行PID控制，实现对阀门的开度的精细调节，控制阀门的开度逐渐增加，直到达到目标开度L；调节后的效果参见附图2；由于工业控制器PLC是一种基于采样机制的控制，它只能根据采样时刻的偏差值计算控制量，因此PID控制中的积分和微分项不能直接使用，需要进行离散化处理；在PID的控制算法中，以一系列的采样时刻点k代表连续时间t，以矩形法数值积分代替积分，以一阶后向差分代替微分，可得离散PID控制算法的表达式为：式中，k为采样时刻的序号，k＝1，2，…；kp为比例系数，kI为积分系数，kD为微分系数，T为采样总时间，TI为采样积分时间，TD为采样微分时间，且kI＝kp/TI，kD＝kpTD；e(j)为第j次采样的输入差值；u(k)为第k采样时刻的输出值，e(k-1)为第k-1时刻所得的偏差信号，e(k)为第k时刻所得的偏差信号。综上所述，以上仅为本专利技术的较佳实施例而已，并非用于限定本专利技术的保护范围。凡在本专利技术的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本专利技术的保护范围之内。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于气动调节阀的试车台空气流量调节的自动控制方法，其特征在于，该方法的具体步骤如下：/n步骤一，建立所述气动调节阀(1)所在管路的控制模型，所述控制模型包括：高压气源、临界喷管(3)及气动调节阀(1)；所述高压气源通过管路与与临界喷管(3)的入口端连接，所述管路的高压气源所在端分为两个以上支路，每个支路上均安装有一个气动调节阀(1)；/n步骤二，将通过临界喷管(3)的空气流量调节转化为对临界喷管(3)内的空气压力调节，进而转化为对临界喷管(3)前的管路内的压力调节；/n步骤三，计算当次试验的通过临界喷管(3)的空气流量的目标值对应的每个阀门的目标开度，每个阀门的目标开度均相等，均为L，令阀门的开口减小△L后，即L-△L作为每个阀门的预开度；/n步骤四，调节每个阀门的开度至所述预开度L-△L后，通过工业控制器PLC对阀门的开度进行PID控制，控制阀门的开度逐渐增加，直到达到目标开度L。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于气动调节阀的试车台空气流量调节的自动控制方法，其特征在于，该方法的具体步骤如下：
步骤一，建立所述气动调节阀(1)所在管路的控制模型，所述控制模型包括：高压气源、临界喷管(3)及气动调节阀(1)；所述高压气源通过管路与与临界喷管(3)的入口端连接，所述管路的高压气源所在端分为两个以上支路，每个支路上均安装有一个气动调节阀(1)；
步骤二，将通过临界喷管(3)的空气流量调节转化为对临界喷管(3)内的空气压力调节，进而转化为对临界喷管(3)前的管路内的压力调节；
步骤三，计算当次试验的通过临界喷管(3)的空气流量的目标值对应的每个阀门的目标开度，每个阀门的目标开度均相等，均为L，令阀门的开口减小△L后，即L-△L作为每个阀门的预开度；
步骤四，调节每个阀门的开度至所述预开度L-△L后，通过工业控制器PLC对阀门的开度进行PID控制，控制阀门的开度逐渐增加，直到达到目标开度L。


2.如权利要求1所述的一种基于气动调节阀的试车台空气流量调节的自动控制方法，其特征在于，所述PID控制的控制算法为离散PID控制算法，表达式为：



式中，k为采样时刻的序号，k＝1，2，…；kp为比例系数，kI为积分系数，kD为微分系数，T为采样总时间，TI为采样积分时间，TD为采样微分时间，且kI＝kp/T...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭洪业，张海洲，李俊杰，王伟丽，史向前，
申请(专利权)人：北京动力机械研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11