倾转旋翼机动力系统控制方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种倾转旋翼机动力系统控制方法。本发明专利技术基于倾转旋翼机旋翼变转速过程中主旋翼总距与发动机燃油流量与定转速过程中所不同的变化趋势，引入了自适应前馈控制方法，并在此基础上进一步引入增益自调度（GSS）补偿方法，在确保直升机/发动机稳定运行的前提下，可以充分发挥序列变速控制方法的优越性，实现低功耗变转速控制，有效实现了倾转旋翼机动力系统的高品质综合控制，同时弥补了国内对旋翼变转速下倾转旋翼机动力系统综合控制研究的不足。本发明专利技术还公开了一种倾转旋翼机动力系统控制装置。动力系统控制装置。动力系统控制装置。

【技术实现步骤摘要】
倾转旋翼机动力系统控制方法及装置


[0001]本专利技术涉及一种倾转旋翼机动力系统控制方法，属于航空宇航推进理论与工程


技术介绍

[0002]高速直升机是未来直升机的发展方向和制高点，倾转旋翼机、复合直升机是迄今为止高速直升机的两种典型形式。目前倾转旋翼机的最大飞行速度能够达到740km/h，是常规直升机的两倍。其本质上需要兼容直升机与涡桨飞机两种工作模式，[陈皓.倾转旋翼机过渡模式下非定常气动力数值模拟[D]]且旋翼通过传动机构与涡轴发动机相连，共同组成了倾转旋翼机的“动力系统”。
[0003]根据动力系统的功率传递特点，存在两种实现旋翼变转速的方式：
[0004]1)通过变速动力涡轮轴发动机，结合常规定传动比变速机构来实现变转速。此时，由于动力转速不再恒定，发动机工作于非设计点，动力涡轮的效率损失是亟需解决的关键问题。
[0005]2)通过可变传动比的变速机构与常规的涡轴发动机匹配实现变转速。目前常见的变速机构主要包括无级变速传动机构与两级变速传动机构。相比于无级变速传动机构，基于差动行星齿轮系的两级变速传动机构不仅可获得更大的单级减速比，而且有利于减少零件数目、降低传动机构质量以及均衡载荷，具有一定的工程实用价值。然而，在迅速的换挡变速过程中，两级变速传动机构会造成传递功率的瞬间损失，容易对传动系统产生一定的危害。
[0006]目前针对倾转旋翼动力系统控制方法的研究相对较少，Hans A开发了变转速倾转旋翼飞行器耦合动力系统综合仿真平台，研究了倾转旋翼动力系统间的动态耦合特性，探究了不同变速速率对涡轴发动机动态响应的影响规律。[Hans A.DeSmidt,Edward C.Smith,Robert C.Bill and Kon
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Well Wang.Comprehensive Modeling and Analysis of Rotorcraft Variable Speed Propulsion System with Coupled Engine/Transmission/Rotor Dynamics[R]]聂友伟围绕倾转旋翼机及其动力系统—涡轴发动机，开展了发动机控制规律研究[聂友伟.倾转旋翼机飞机/发动机综合建模及控制研究[D]]。盛汉霖以涡桨发动机为动力系统，针对倾转四旋翼机开展了飞行/推进系统的建模、控制与试验技术研究[盛汉霖.倾转旋翼机飞行/推进系统综合建模与控制技术研究[D]]。上述研究或者单一研究变转速对发动机动态特性的影响规律，或者分别针对倾转旋翼机不同的工作模式，对发动机进行定转速控制规律设计，鲜有针对变转速过程中发动机动态响应品质，进行精细化的变转速控制方法研究。
[0007]变旋翼转速过程综合控制方面，陈国强、杨娟[陈国强,杨娟.基于直升机/发动机综合模型的变旋翼转速控制研究[J]]基于序列转移控制方案实现了旋翼转速变换(两台涡轴发动机结合两台多级变速器)，针对变旋翼转速过程中旋翼扭矩强扰动的问题设计了鲁棒LMI+ADRC扭矩正前馈的综合控制方法来快速跟踪指令转速，减少调节时间，减小超调量
与下垂量。姚文荣等[姚文荣,宁景涛,张海波.基于无级变速的直升机变旋翼转速控制模拟方法研究[J]]提出了无级变速的变旋翼转速方法，使用PID+总距正前馈的控制结构来实现直升机变旋翼转速过程中发动机的快速响应控制。
[0008]可见目前变旋翼转速综合控制的研究或是针对单发情况实现变旋翼转速的控制，或是以常规的直升机为研究对象进行变旋翼转速控制的研究。而区别于常规的单旋翼直升机，倾转旋翼机存在多个动力传动通道，此时，采用序列变速控制来实现旋翼变转速时，发动机在变转速过程中交替脱开、接入，动力涡轮转速势必会出现难以接受的超调与下垂量。基于此，有必要围绕倾转旋翼机序列变速控制过程，设计高品质的发动机动力系统控制方法，以改善变旋翼转速过程中动力系统的动态响应品质。

技术实现思路

[0009]本专利技术所要解决的技术问题在于克服现有技术不足，提供一种倾转旋翼机动力系统控制方法，以有效改善倾转旋翼机在变旋翼转速过程中动力系统的动态响应品质。
[0010]本专利技术具体采用以下技术方案解决上述技术问题：
[0011]一种倾转旋翼机动力系统控制方法，所述倾转旋翼机动力系统包括至少一个由涡轴发动机、变速传动机构、主旋翼依次连接而成的动力传动通道；所述控制方法包括：根据飞行指令以及倾转旋翼机的飞行状态通过序列变速控制方法对涡轴发动机以及变速传动机构进行控制；所述控制方法还包括：根据主旋翼总距的变化率、动力涡轮转速参考指令的变化率以及动力涡轮转速到主旋翼转速减速比的变化率对涡轴发动机进行自适应总距前馈控制，所述自适应总距前馈控制的控制律具体如下：
[0012][0013][0014]其中，Δθ0代表相邻采样时刻旋翼总距的变化率，Δpnp
r
代表相邻采样时刻动力涡轮转速参考指令的变化率,Δn代表相邻采样时刻动力涡轮转速到主旋翼转速减速比的变化率，K代表前馈增益。
[0015]进一步地，所述控制方法还包括：根据发动机输出扭矩与旋翼转速的变化率对动力涡轮转速控制回路的增益进行自调度补偿，具体补偿方法如下：
[0016][0017][0018]式中，k
p
、k
i
分别为动力涡轮转速控制回路的比例、积分增益，下标0代表初始值；C
p
、C
i
为对应常数，sgn是符号函数,ΔT
qe
为发动机输出扭矩的变化率，ΔΩ
mr
为发动机主旋翼相对转速的变化率。
[0019]优选地，所述倾转旋翼机动力系统包括左右两路对称设置的所述动力传动通道。
[0020]基于同一专利技术构思还可以得到以下技术方案：
[0021]一种倾转旋翼机动力系统控制装置，所述倾转旋翼机动力系统包括至少一个由涡轴发动机、变速传动机构、主旋翼依次连接而成的动力传动通道；所述控制装置包括：
[0022]序列变速控制模块，用于根据飞行指令以及倾转旋翼机的飞行状态通过序列变速控制方法对涡轴发动机以及变速传动机构进行控制；
[0023]所述控制装置还包括：
[0024]自适应总距前馈控制模块，用于根据主旋翼总距的变化率、动力涡轮转速参考指令的变化率以及动力涡轮转速到主旋翼转速减速比的变化率对涡轴发动机进行自适应总距前馈控制，所述自适应总距前馈控制的控制律具体如下：
[0025][0026][0027]其中，Δθ0代表相邻采样时刻旋翼总距的变化率，Δpnp
r
代表相邻采样时刻动力涡轮转速参考指令的变化率,Δn代表相邻采样时刻动力涡轮转速到主旋翼转速减速比的变化率，K代表前馈增益。
[0028]进一步地，所述控制装置还包括：
[0029]增益自调节模块，用于根据发动机输出扭矩与旋翼转速的变化率对动力涡轮转所速控制回路的增益进行自调度补偿，具体补偿方法如下：
[0030][003本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种倾转旋翼机动力系统控制方法，所述倾转旋翼机动力系统包括至少一个由涡轴发动机、变速传动机构、主旋翼依次连接而成的动力传动通道；所述控制方法包括：根据飞行指令以及倾转旋翼机的飞行状态通过序列变速控制方法对涡轴发动机以及变速传动机构进行控制；其特征在于，所述控制方法还包括：根据主旋翼总距的变化率、动力涡轮转速参考指令的变化率以及动力涡轮转速到主旋翼转速减速比的变化率对涡轴发动机进行自适应总距前馈控制，所述自适应总距前馈控制的控制律具体如下：适应总距前馈控制，所述自适应总距前馈控制的控制律具体如下：其中，Δθ0代表相邻采样时刻旋翼总距的变化率，Δpnp
r
代表相邻采样时刻动力涡轮转速参考指令的变化率,Δn代表相邻采样时刻动力涡轮转速到主旋翼转速减速比的变化率，K代表前馈增益。2.如权利要求1所述倾转旋翼机动力系统控制方法，其特征在于，所述控制方法还包括：根据发动机输出扭矩与旋翼转速的变化率对动力涡轮转速控制回路的增益进行自调度补偿，具体补偿方法如下：补偿，具体补偿方法如下：式中，k
p
、k
i
分别为动力涡轮转速控制回路的比例、积分增益，下标0代表初始值；C
p
、C
i
为对应常数，sgn是符号函数,ΔT
qe
为发动机输出扭矩的变化率，ΔΩ
mr
为主旋翼相对转速的变化率。3.如权利要求1或2所述倾转旋翼机动力系统控制方法，其特征在于，所述倾转旋翼机动力系统包括左右两路对称设置的所述动力传动通道。4.一种倾转旋翼机动力系统控制...

【专利技术属性】
技术研发人员：汪勇，杜佳彤，张海波，招启军，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：