一种燃油结冰第三方导热液加降温系统及控制方法技术方案

本发明专利技术公开了一种燃油结冰第三方导热液加降温系统及控制方法，通过调节第三方导热液的流量实现对燃油的加降温控制，基于系统仿真获得燃油温度变化数据并系统辨识出燃油加降温数学模型，构造含预估器的扩张观测器对干扰进行估计，变量模糊化及建立论域和隶属度，改进模糊规则库，进行模糊推理和去模糊化，并通过仿真验证了该温度控制方法的有效性。相较于传统PID控制，本发明专利技术抗干扰能力强，可缩短调节时长，同时达到精准控温的目的。同时达到精准控温的目的。同时达到精准控温的目的。

【技术实现步骤摘要】
一种燃油结冰第三方导热液加降温系统及控制方法


[0001]本专利技术涉及航空燃油结冰系统控制
，尤其涉及一种燃油结冰第三方导热液加降温系统及控制方法。

技术介绍

[0002]现有的适航条例中对试验燃油的含水量和温度有着严格的要求。燃油温度、含水燃油配置方法直接影响燃油的含水量和游离水在燃油中的分布形态，进而直接影响试验油路中能否产生试验预期的冰量，这对试验结果有重要影响。而不同的燃油结冰试验项目需要不同的燃油配置方法及试验流程，本专利技术拟通过国内外燃油结冰试验相关标准规范，研究试验用燃油的配置方法，分析其影响关系。针对燃油中的水可能在热交换器壁上结冰，需要严格控制热交换器中的燃油与制冷剂之间的温差不超标13℃，无法实现精准控温。需要通过新的加降温方式，提高燃油加降温速率，加降温控制系统应使温差尽可能接近24℉(13℃)又不超过24℉(13℃)，以保证温差不超调前提下达到精准控温的效果。
[0003]按照传统的方法使用制冷剂进行气液两相换热，由于各个状态比热容以及吸热能力不同，在燃油冷却过程中，热交换器中燃油与制冷剂之间的温差超过13℃，使得燃油中的游离水在热交换器壁上冻结，导致燃油含水量下降，甚至阻塞热交换器流道。同时，如果电加热器发生损坏、漏电或产生火花，极易造成火灾甚至爆炸等严重事故，设备存在较大的安全隐患。
[0004]在控制方法上传统PID抗干扰能力不足、鲁棒性差，不仅无法针对系统外界的不确定干扰进行自抗扰控制，还会出现超调现象，增加控制周期。本专利技术正是基于此目的公开了一种燃油结冰第三方导热液加降温系统及控制方法。

技术实现思路

[0005]本专利技术所要解决的技术问题是针对
技术介绍
中所涉及的缺陷，提供一种燃油结冰第三方导热液加降温复合控制方法。
[0006]为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案为：
[0007]一种燃油结冰第三方导热液加降温系统，包含油箱、板式换热器、液压模块和控制模块。
[0008]所述油箱内设有温度传感器和搅拌电机；所述温度传感器用于感应油箱内油液的温度，搅拌电机用于搅拌油箱内的油液使得使油箱内温度分布均匀；
[0009]所述液压模块包含球阀、第一至第二电泵、单向阀、第一至第二过滤器、第一至第六电磁阀、电动调节阀、安全阀；
[0010]所述油箱的出口、球阀、第一电泵、单向阀的一端依次管道相连；
[0011]所述单向阀的另一端分别和所述第一过滤器的一端、第六电磁阀的一端管道相连；
[0012]所述第二过滤器一端和所述第一过滤器的一端管道相连，另一端分别和所述第六
电磁阀的另一端、第一电磁阀的一端、第二电磁阀的一端、安全阀的一端相连；
[0013]所述第一电磁阀的另一端接外界发动机供油口；
[0014]所述板式换热器冷侧通道的一端和油箱的入口管道相连，冷侧通道的另一端分别和电动调节阀的一端、第二电磁阀的另一端、安全阀的另一端相连；
[0015]所述板式换热器热侧通道的一端通过所述第四电磁阀和外界第三方导热液的输出端管道相连，热侧通道的另一端通过所述第二电泵和所述第五电磁阀的一端管道相连；所述第五电磁阀的另一端和外界第三方导热液的输入端管道相连；
[0016]所述第三电磁阀一端和所述电动调节阀的另一端管道相连，另一端接外界发动机回油口；
[0017]所述电泵用来控制燃油和导热液的流量；所述第一至第二过滤器用于内循环及燃油输出过程净化油液，对未溶解水起到过滤作用；所述电动调节阀用来控制回油量；所述安全阀用于调定系统所需压力；
[0018]所述控制模块分别和所述温度传感器、第一电泵、第二电泵电气相连，用于根据温度传感器的感应数据以及接收到的目标温度控制所述第二电泵工作。
[0019]本专利技术还公开了一种该燃油结冰第三方导热液加降温系统的控制方法，包含以下步骤：
[0020]步骤1)，根据燃油结冰第三方导热液加降温系统，搭建数字仿真模型，基于第二电泵转速输入和燃油温度输出、由系统辨识的方式得到燃油结冰第三方导热液加降温的数学模型；
[0021]步骤2)，基于燃油结冰第三方导热液加降温的数学模型，建立燃油结冰第三方导热液加降温复合控制模型；
[0022]步骤2.1)，建立线性扩张观测器，并利用Fal函数对线性滤波环节进行改进后，基于燃油结冰第三方导热液加降温复合控制数学模型改进线性扩张状态观测器；
[0023]步骤2.2)，建立模糊规则库联合PI控制，实现参数自调整的优化控制，并建立模糊自适应控制器；
[0024]步骤2.3)，建立时滞预估器，调整参数，对燃油结冰第三方导热液加降温系统中温度加降温实际变化相较于估计变化的滞后进行预测；
[0025]步骤2.4)，根据模糊自适应控制器、改进后的扩张观测器、时滞预估器建立燃油结冰第三方导热液加降温复合控制模型：
[0026]首先设定期望温度，将期望值和实际值的误差及误差的一阶导数作输入进行模糊化，并建立论域和隶属度，随后将改进后的模糊规则库导入，进行模糊推理后实现清晰化，输出三个比例积分微分控制参数，随后通过时滞预估器和改进后的扩张观测器来进行预测和干扰估计、消除模型内部的大惯性、记录温度，并返回新的误差和误差变化率重新进行迭代操作；
[0027]步骤3),控制模块接收温度传感器的感应数据，得到油箱内油液的当前温度，将当前温度和预设的目标温度进行比较；
[0028]步骤4)，基于燃油结冰第三方导热液加降温控制方法对油箱内的温度进行加降温控制；
[0029]步骤4.1)，打开第五电磁阀，使得第三方导热液和燃油进行热交换，启动搅拌电机
使油箱的油液温度均衡；打开球阀及第二电磁阀，设定安全阀压力参数和第一电泵转速，使得油液依次从油箱、球阀、第一电泵、单向阀、一级过滤器、二级过滤器、第二电磁阀、板式换热器流过后再回到油箱，进行不断的循环；
[0030]步骤4.2)，将当前温度和预设的目标温度差值作为输入信号，并基于扩张观测器和模糊自适应控制，实时调节第二电泵的转速以控制导热液流量，对燃油结冰系统的温度进行加降温控制；
[0031]步骤4.3)，燃油温度达到期望温度后，开启第一电磁阀，关闭第二电磁阀，使得油液依次从油箱中、球阀、第一电泵、单向阀、一级过滤器、二级过滤器、第一电磁阀流过后对发动机部件进行供油；供油过程中，通过安全阀调定所需的压力。
[0032]作为本专利技术一种燃油结冰第三方导热液加降温系统的控制方法进一步的优化方案，所述步骤2)中燃油结冰第三方导热液加降温的数学模型为：
[0033][0034]其中，y是经过拉普拉斯变换后油箱的输出温度，s是复变量。
[0035]作为本专利技术一种燃油结冰第三方导热液加降温系统的控制方法进一步的优化方案，所述步骤2.1)的详细步骤如下：
[0036]步骤2.1.1)，建立线性扩张观测器如下：
[0037][0038]其中，β1、β2、β3分别是LESO预设的高频、中频、低本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种燃油结冰第三方导热液加降温系统，其特征在于，包含油箱、板式换热器、液压模块和控制模块。所述油箱内设有温度传感器和搅拌电机；所述温度传感器用于感应油箱内油液的温度，搅拌电机用于搅拌油箱内的油液使得使油箱内温度分布均匀；所述液压模块包含球阀、第一至第二电泵、单向阀、第一至第二过滤器、第一至第六电磁阀、电动调节阀、安全阀；所述油箱的出口、球阀、第一电泵、单向阀的一端依次管道相连；所述单向阀的另一端分别和所述第一过滤器的一端、第六电磁阀的一端管道相连；所述第二过滤器一端和所述第一过滤器的一端管道相连，另一端分别和所述第六电磁阀的另一端、第一电磁阀的一端、第二电磁阀的一端、安全阀的一端相连；所述第一电磁阀的另一端接外界发动机供油口；所述板式换热器冷侧通道的一端和油箱的入口管道相连，冷侧通道的另一端分别和电动调节阀的一端、第二电磁阀的另一端、安全阀的另一端相连；所述板式换热器热侧通道的一端通过所述第四电磁阀和外界第三方导热液的输出端管道相连，热侧通道的另一端通过所述第二电泵和所述第五电磁阀的一端管道相连；所述第五电磁阀的另一端和外界第三方导热液的输入端管道相连；所述第三电磁阀一端和所述电动调节阀的另一端管道相连，另一端接外界发动机回油口；所述电泵用来控制燃油和导热液的流量；所述第一至第二过滤器用于内循环及燃油输出过程净化油液，对未溶解水起到过滤作用；所述电动调节阀用来控制回油量；所述安全阀用于调定系统所需压力；所述控制模块分别和所述温度传感器、第一电泵、第二电泵电气相连，用于根据温度传感器的感应数据以及接收到的目标温度控制所述第二电泵工作。2.基于权利要求1所述的燃油结冰第三方导热液加降温系统的控制方法，其特征在于，包含以下步骤：步骤1)，根据燃油结冰第三方导热液加降温系统，搭建数字仿真模型，基于第二电泵转速输入和燃油温度输出、由系统辨识的方式得到燃油结冰第三方导热液加降温的数学模型；步骤2)，基于燃油结冰第三方导热液加降温的数学模型，建立燃油结冰第三方导热液加降温复合控制模型；步骤2.1)，建立线性扩张观测器，并利用Fal函数对线性滤波环节进行改进后，基于燃油结冰第三方导热液加降温复合控制数学模型改进线性扩张状态观测器；步骤2.2)，建立模糊规则库联合PI控制，实现参数自调整的优化控制，并建立模糊自适应控制器；步骤2.3)，建立时滞预估器，调整参数，对燃油结冰第三方导热液加降温系统中温度加降温实际变化相较于估计变化的滞后进行预测；步骤2.4)，根据模糊自适应控制器、改进后的扩张观测器、时滞预估器建立燃油结冰第三方导热液加降温复合控制模型：首先设定期望温度，将期望值和实际值的误差及误差的一阶导数作输入进行模糊化，
并建立论域和隶属度，随后将改进后的模糊规则库导入，进行模糊推理后实现清晰化，输出三个比例积分微分控制参数，随后通过时滞预估器和改进后的扩张观测器来进行预测和干扰估计、消除模型内部的大惯性、记录温度，并返回新的误差和误差变化率重新进行迭代操作；步骤3),控制模块接收温度传感器的感应数据，得到油箱内油液的当前温度，将当前温度和预设的目标温度进行比较；步骤4)，基于燃油结冰第三方导热液加降温控制方法对油箱内的温度进行加降温控制；步骤4.1)，打开第五电磁阀，使得第三方导热液和燃油进行热交换，启动搅拌电机使油箱的油液温度均衡；打开球阀及第二电磁阀，设定安全阀压力参数和第一电泵转速，使得油液依次从油箱、球阀、第一电泵、单向阀、一级过滤器、二级过滤器、第二电磁阀、板式换热器流过后再回到油箱，进行不断的循环；步骤4.2)，将当前温度和预设的目标温度差值作为输入信号，并基于扩张观测器和模糊自适应控制，实时调节第二电泵的转速以控制导热液流量，对燃油结冰系统的温度进行加降温控制；步骤4.3)，燃油温度达到期望温度后，开启第一电磁阀，关闭第二电磁阀，使得油液依次从油箱中、球阀、第一电泵、单向阀、一级过滤器、二级过滤器、第一电磁阀流过后对发动机部件进行供油；供油过程中，通过安全阀调定所需的压力。3.根据权利要求2所述的燃油结冰第三方导热液加降温系统的控制方法...

【专利技术属性】
技术研发人员：彭炬，谷云凤，刘林盛，李杰，王彬，
申请(专利权)人：中国航发四川燃气涡轮研究院，
类型：发明
国别省市：