CN115933511A - 一种附件加载控制*** - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种附件加载控制***，涉及航空发动机技术领域，包括对液压泵的加载控制和对发电机的加载控制；参数分析模块用于将用户设置的预设参数与接收到的潜在关联参数信息进行对比分析，计算得到加载补偿值ZB，由PCL控制器驱动控制液压泵控制模块控制阀门的开度对液压泵进行加载控制；其中，液压泵控制模块的液压泵加载控制是基于PID算法程序开发设计，有效提高试验精度；发电机控制模块对发电机的加载控制是基于矢量控制算法程序开发设计，通过变频器驱动来实现；电机防护模块用于根据变频器工作频率的变化情况对变频器进行切换损耗系数分析，以及时提醒测试员更换新的变频器，避免变频器损耗严重导致烧毁，提高试验安全。
Description
技术领域
本发明涉及航空发动机技术领域，具体是一种附件加载控制***。
背景技术
传动***是航空发动机的重要组成部分，其主要作用实现航空发动机传动部件的功率传递。航空发动机工作时，传动***将空气动力转换为机械运动而驱动航空发动机燃油附件、滑油附件、液压油附件以及飞机附件等运转，从而保证整个航空发动机***与飞机动力***的正常运行。航空发动机传动***在运行过程中需保证有足够的结构强度裕度，以此满足航空发动机严苛的使用工况；
减速器作为航空行业关键部件，其性能和品质的优劣，通过试车台试验是必不可少的步骤。通过试车台的试验，可以在减速器方案论证、部件生产的阶段发现在设计和加工中存在的问题，通过试验充分的暴露出来从而在研制阶段就能有效的解决；其中，附件加载***可以丰富航空军工测试台解决方案，研发针对航空发动机、减速器以及试车台的集成解决方案；为此，本发明提出一种附件加载控制***。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种附件加载控制***，包括对飞机附件机匣上所带液压泵及发电机加载控制，通过此***实现对液压泵及发电机实时可靠的加载控制，完成试验相关要求，验证飞机机匣的性能和特性。
为实现上述目的，根据本发明的第一方面的实施例提出一种附件加载控制***，包括对液压泵的加载控制和对发电机的加载控制，包括参数设置模块、参数采集模块、参数分析模块、液压泵控制模块、发电机控制模块以及电机防护模块；
所述参数采集模块用于实时采集液压泵的潜在关联参数信息并将潜在关联参数信息传输至参数分析模块；所述潜在关联参数信息包括液压泵管路压力、液压泵管路流量、液压泵管路温度以及液压泵功率；
所述参数分析模块用于获取参数设置模块中用户设置的预设参数并将预设参数与接收到的潜在关联参数信息进行对比分析，计算得到加载补偿值ZB，由PCL控制器驱动控制液压泵控制模块控制阀门的开度对液压泵进行加载控制；
所述发电机控制模块对发电机的加载控制是基于矢量控制算法程序开发设计，通过变频器驱动来实现；所述电机防护模块与变频器相连接，用于根据变频器工作频率的变化情况对变频器进行切换损耗系数分析；
将切换损耗系数QS与损耗阈值相比较，若QS大于损耗阈值，则生成电机防护信号；所述电机防护模块用于将电机防护信号传输至PCL控制器，以提醒测试员更换新的变频器。
进一步地，所述参数分析模块的具体分析步骤为：
获取液压泵的潜在关联参数信息，将对应的液压泵管路压力、液压泵管路流量、液压泵管路温度以及液压泵功率依次标记为W1、L1、T1以及P1；将当前环境温度标记为G1；
将液压泵管路温度T1与标准温度范围G2-G3相比较，计算得到温度补偿值GB；利用公式ZB＝GB×b1+W1×b2+L1×b3+P1×b4计算得到加载补偿值ZB，其中b1、b2、b3、b4为系数因子；
设定若干个液压泵阀门的阀门开度阈值，设定每个阀门开度阈值均对应一个预设加载补偿值范围；将加载补偿值ZB与所有的预设加载补偿值范围相匹配，得到对应的阀门开度阈值并标记为Hm；
所述参数分析模块用于将阀门开度阈值Hm反馈至PCL控制器，由PCL控制器驱动控制液压泵控制模块控制液压泵阀门的阀门开度达到Hm，对液压泵进行加载控制。
进一步地，温度补偿值GB的具体计算方法为：
若T1低于标准温度范围，则温度补偿值GB的计算公式为：
其中a1、a2为系数因子；
若T1处于标准温度范围内，则
进一步地，所述参数设置模块用于用户在***的HMI界面中设置预设参数；所述预设参数包括标准温度范围G2-G3，温度极限值Tc。
进一步地，所述电机防护模块的具体分析步骤为：
当变频器的工作频率发生变化时，记录频率切换信息；所述频率切换信息包括切换前后变频器的最高温度以及经过变频器的最大电压值；
根据频率切换信息计算得到切换值QHi；在试验过程中，统计变频器的频率切换次数为C1；将切换值QHi与切换阈值相比较，统计QHi大于切换阈值的次数为Pw，当QHi大于切换阈值时，获取QHi与切换阈值的差值并求和得到超越值CZ；利用公式
计算得到变频器的切换损耗系数QS，其中k1、k2、k3均为系数因子。
进一步地，根据频率切换信息计算得到切换值QHi，具体为：
将每次切换时变频器的最高温度标记为WTi，最大电压值标记为Ui；利用公式QHi＝Wi/WG×g1+Ui/UG×g2计算得到切换值QHi，其中g1、g2均为系数因子；WG为温度阈值，UG为电压阈值；
进一步地，其中，液压泵控制模块的液压泵加载控制是基于PID算法程序开发设计。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、本发明中所述参数采集模块用于实时采集液压泵的潜在关联参数信息；所述参数分析模块用于获取参数设置模块中用户设置的预设参数并将预设参数与接收到的潜在关联参数信息进行对比分析，计算得到加载补偿值ZB，根据加载补偿值ZB确定液压泵阀门的阀门开度阈值为Hm；由PCL控制器驱动控制液压泵控制模块控制阀门的开度对液压泵进行加载控制，提高试验精度；
2、本发明中发电机控制模块对发电机的加载控制基于矢量控制算法程序开发设计，通过变频器驱动来实现的；所述电机防护模块用于根据变频器工作频率的变化情况对变频器进行切换损耗系数分析，当变频器的工作频率发生变化时，记录频率切换信息，计算得到切换值QHi；将切换值QHi与切换阈值相比较，计算得到变频器的切换损耗系数QS；若QS大于损耗阈值，则生成电机防护信号；以提醒测试员更换新的变频器，避免变频器损耗严重导致烧毁，提高试验安全。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明一种附件加载控制***的***框图。
图2为本发明中PID算法程序的***框图。
图3为本发明中矢量控制算法程序的***框图。
具体实施方式
下面将结合实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1至图3所示，一种附件加载控制***，包括对液压泵的加载控制和对发电机的加载控制，包括参数设置模块、参数采集模块、参数分析模块、PCL控制器、液压泵控制模块、发电机控制模块以及电机防护模块；
其中，液压泵控制模块对液压泵的加载控制通过控制阀门的开度来调节；发电机控制模块对发电机的加载控制通过变频器驱动来实现；
参数设置模块用于用户在***的HMI界面中设置预设参数；预设参数包括标准温度范围G2-G3，温度极限值Tc；
参数采集模块用于实时采集液压泵的潜在关联参数信息并将潜在关联参数信息传输至参数分析模块；潜在关联参数信息包括液压泵管路压力、液压泵管路流量、液压泵管路温度以及液压泵功率；
参数分析模块用于获取参数设置模块中用户设置的预设参数并将预设参数与接收到的潜在关联参数信息进行对比分析，计算得到加载补偿值ZB，由PCL控制器驱动控制液压泵控制模块控制阀门的开度对液压泵进行加载控制；
其中，参数分析模块的具体分析步骤为：
获取液压泵的潜在关联参数信息，将对应的液压泵管路压力、液压泵管路流量、液压泵管路温度以及液压泵功率依次标记为W1、L1、T1以及P1；将当前环境温度标记为G1；
将液压泵管路温度T1与标准温度范围G2-G3相比较；若T1低于标准温度范围，则温度补偿值GB的计算公式为：
其中a1、a2为系数因子；
若T1处于标准温度范围内，则
利用公式ZB＝GB×b1+W1×b2+L1×b3+P1×b4计算得到加载补偿值ZB，其中b1、b2、b3、b4为系数因子；
设定若干个液压泵阀门的阀门开度阈值，设定每个阀门开度阈值均对应一个预设加载补偿值范围；将加载补偿值ZB与所有的预设加载补偿值范围相匹配，得到对应的阀门开度阈值并标记为Hm；
参数分析模块用于将阀门开度阈值Hm反馈至PCL控制器，由PCL控制器驱动控制液压泵控制模块控制液压泵阀门的阀门开度达到Hm，从而对液压泵进行加载控制；
其中，液压泵控制模块的液压泵加载控制是基于PID算法程序开发设计，其典型***框图如图2所示；
比例控制Kp是一种最简单的控制方式。其控制器的输出与输入误差信号成比例关系。当仅有比例控制时***输出存在稳态误差；
在积分Ki控制中，控制器的输出与输入误差信号的积分成正比关系。对一个自动控制***，如果在进入稳态后存在稳态误差，则称这个控制***是有稳态误差的或简称有差***。为了消除稳态误差，在控制器中必须引入“积分项”。积分项对误差取决于时间的积分，随着时间的增加，积分项会增大。这样，即便误差很小，积分项也会随着时间的增加而加大，它推动控制器的输出增大使稳态误差进一步减小，直到等于零。因此，比例+积分(PI)控制器，可以使***在进入稳态后无稳态误差；
其中，发电机控制模块的发电机加载控制是基于矢量控制算法程序开发设计，其典型***框图如图3所示；
矢量控制是将异步电动机的定子电流bai矢量分解为产生磁场的电流分量(励磁电流)和产生转矩的电流分量(转矩电流)分别加以控制，并同时控制两分量间的幅值和相位，即控制定子电流矢量，所以称这种控制方式称为矢量控制方式；
矢量控制变频调整功率的做法是将异步电动机在三相坐标系下的定子电流Ia、Ib、Ic、通过三相－二相变换，等效成两相静止坐标系下的交流电流Ia1Ib1，再通过按转子磁场定向旋转变换，等效成同步旋转坐标系下的直流电流Im1、It1(Im1相当于直流电动机的励磁电流；It1相当于与转矩成正比的电枢电流)，然后模仿直流电动机的控制方法，求得直流电动机的控制量，经过相应的坐标反变换，实现对异步电动机功率的控制。
电机防护模块与变频器相连接，用于根据变频器工作频率的变化情况对变频器进行切换损耗系数分析，判断是否需要更换新的变频器，提高试验安全；具体分析步骤为：
当变频器的工作频率发生变化时，记录频率切换信息；频率切换信息包括切换前后变频器的最高温度以及经过变频器的最大电压值；
在试验过程中，统计变频器的频率切换次数为C1；将每次切换时变频器的最高温度标记为WTi，最大电压值标记为Ui；
利用公式QHi＝Wi/WG×g1+Ui/UG×g2计算得到切换值QHi，其中g1、g2均为系数因子；WG为温度阈值，UG为电压阈值；
将切换值QHi与切换阈值相比较，统计QHi大于切换阈值的次数为Pw，当QHi大于切换阈值时，获取QHi与切换阈值的差值并求和得到超越值CZ，利用公式
计算得到变频器的切换损耗系数QS，其中k1、k2、k3均为系数因子；
将QS与损耗阈值相比较，若QS大于损耗阈值，则生成电机防护信号；电机防护模块用于将电机防护信号传输至PCL控制器，以提醒测试员更换新的变频器，避免变频器损耗严重导致烧毁，提高试验安全。
上述公式均是去除量纲取其数值计算，公式是由采集大量数据进行软件模拟得到最接近真实情况的一个公式，公式中的预设参数和预设阈值由本领域的技术人员根据实际情况设定或者大量数据模拟获得。
本发明的工作原理：
一种附件加载控制***，包括对液压泵的加载控制和对发电机的加载控制，在工作时；参数设置模块用于用户在***的HMI界面中设置预设参数；参数采集模块用于实时采集液压泵的潜在关联参数信息；参数分析模块用于获取参数设置模块中用户设置的预设参数并将预设参数与接收到的潜在关联参数信息进行对比分析，计算得到加载补偿值ZB，根据加载补偿值ZB确定液压泵阀门的阀门开度阈值为Hm；由PCL控制器驱动控制液压泵控制模块控制阀门的开度对液压泵进行加载控制，其中，液压泵控制模块的液压泵加载控制是基于PID算法程序开发设计，可以使***在进入稳态后无稳态误差，提高试验精度；
发电机控制模块对发电机的加载控制基于矢量控制算法程序开发设计，通过变频器驱动来实现的；电机防护模块用于根据变频器工作频率的变化情况对变频器进行切换损耗系数分析，当变频器的工作频率发生变化时，记录频率切换信息，计算得到切换值QHi；将切换值QHi与切换阈值相比较，计算得到变频器的切换损耗系数QS；若QS大于损耗阈值，则生成电机防护信号；以提醒测试员更换新的变频器，避免变频器损耗严重导致烧毁，提高试验安全。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。
Claims (7)
1.一种附件加载控制***，其特征在于，包括对液压泵的加载控制和对发电机的加载控制，包括参数设置模块、参数采集模块、参数分析模块、液压泵控制模块、发电机控制模块以及电机防护模块；
所述参数采集模块用于实时采集液压泵的潜在关联参数信息并将潜在关联参数信息传输至参数分析模块；所述潜在关联参数信息包括液压泵管路压力、液压泵管路流量、液压泵管路温度以及液压泵功率；
所述参数分析模块用于获取参数设置模块中用户设置的预设参数并将预设参数与接收到的潜在关联参数信息进行对比分析，计算得到加载补偿值ZB，由PCL控制器驱动控制液压泵控制模块控制阀门的开度对液压泵进行加载控制；
所述发电机控制模块对发电机的加载控制是基于矢量控制算法程序开发设计，通过变频器驱动来实现；所述电机防护模块与变频器相连接，用于根据变频器工作频率的变化情况对变频器进行切换损耗系数分析；
将切换损耗系数QS与损耗阈值相比较，若QS大于损耗阈值，则生成电机防护信号；所述电机防护模块用于将电机防护信号传输至PCL控制器，以提醒测试员更换新的变频器。
2.根据权利要求1所述的一种附件加载控制***，其特征在于，所述参数分析模块的具体分析步骤为：
获取液压泵的潜在关联参数信息，将对应的液压泵管路压力、液压泵管路流量、液压泵管路温度以及液压泵功率依次标记为W1、L1、T1以及P1；将当前环境温度标记为G1；
将液压泵管路温度T1与标准温度范围G2-G3相比较，计算得到温度补偿值GB；利用公式ZB＝GB×b1+W1×b2+L1×b3+P1×b4计算得到加载补偿值ZB，其中b1、b2、b3、b4为系数因子；
设定若干个液压泵阀门的阀门开度阈值，设定每个阀门开度阈值均对应一个预设加载补偿值范围；将加载补偿值ZB与所有的预设加载补偿值范围相匹配，得到对应的阀门开度阈值并标记为Hm；
所述参数分析模块用于将阀门开度阈值Hm反馈至PCL控制器，由PCL控制器驱动控制液压泵控制模块控制液压泵阀门的阀门开度达到Hm，对液压泵进行加载控制。
3.根据权利要求2所述的一种附件加载控制***，其特征在于，温度补偿值GB的具体计算方法为：
若T1低于标准温度范围，则温度补偿值GB的计算公式为：
其中a1、a2为系数因子；
若T1处于标准温度范围内，则
4.根据权利要求3所述的一种附件加载控制***，其特征在于，所述参数设置模块用于用户在***的HMI界面中设置预设参数；所述预设参数包括标准温度范围G2-G3，温度极限值Tc。
5.根据权利要求1所述的一种附件加载控制***，其特征在于，所述电机防护模块的具体分析步骤为：
当变频器的工作频率发生变化时，记录频率切换信息；所述频率切换信息包括切换前后变频器的最高温度以及经过变频器的最大电压值；
根据频率切换信息计算得到切换值QHi；在试验过程中，统计变频器的频率切换次数为C1；将切换值QHi与切换阈值相比较，统计QHi大于切换阈值的次数为Pw，当QHi大于切换阈值时，获取QHi与切换阈值的差值并求和得到超越值CZ；利用公式
计算得到变频器的切换损耗系数QS，其中k1、k2、k3均为系数因子。
6.根据权利要求5所述的一种附件加载控制***，其特征在于，根据频率切换信息计算得到切换值QHi，具体为：
将每次切换时变频器的最高温度标记为WTi，最大电压值标记为Ui；利用公式QHi＝Wi/WG×g1+Ui/UG×g2计算得到切换值QHi，其中g1、g2均为系数因子；WG为温度阈值，UG为电压阈值。
7.根据权利要求1所述的一种附件加载控制***，其特征在于，其中，液压泵控制模块的液压泵加载控制是基于PID算法程序开发设计。
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