基于切换器的航空动力装置加减速控制方法

徐焘++王岩++张伟

摘 要：航空动力装置的发动机模型是开展航空物理实验、发动机研究、速度管理、数字化运行的关键。利用涡轴发动机进行数字化模拟，判断动力装置的速度化性质。参考相关文献展开对航天动力装置速度控制的研究。通过对切换器的动力转换设计出基于加速度控制、稳态控制的相关设计，对加速器的运行过程实施保护。该试验结果表明，对于航天动力装置加减速控制具有较强的现实操作性。

关键词：动力装置；加速器；保护

中图分类号：TP273 文献标识码：A

航天动力装置在科学技术发展的要求之下对于其性能的要求也在不断提高。其中动力装置的加减速控制需要越来越精确，燃油控制也要更加重视。燃油控制在动力控制中属于最根本的地位。燃油稳态控制是对于动力的运行和操作都呈现稳定的态势，但是对于加速装置和动力装置是过渡态势，这里要求过渡的平稳性和爆发力，对速度要求比较高。加速减速的控制是航天动力研究的关键领域，是过渡区的关键部分，也是研究的重点。由于电子信息技术的不断发展，对于航天动力的控制也逐渐变成电子控制，这减轻了工作人员的压力，减轻了操作复杂性。PID控制是用在燃油控制上面的一个控制方法，可以有力地提升控制的精确性。

一、涡轴机发展历史

世界上第一台涡轴机是由一个美国人在20世纪中期发明创造的。在涡轴机被发明之后便不断得到改进和创新，涡轴机具有以下几个特点，身轻、体小、易操作、动力大。这些特点在涡轴机实际运用时发挥了很大的作用。渐渐地涡轴机被运用到航天领域，飞机会用到它。随着涡轴机不断地改进，涡轴机被运用到各个领域，在动力装置面前树立了一道丰碑。很多船舶和军工交通工具也运用到了发动机，因此对于涡轴机的研究也渐渐步上更深一层领域。一些资本主义国家首先进行了发动机研究，对涡轴发动机进行改进，促进涡轴发动机进行更新换代。美国的VAATE计划便是其中典范，其针对涡轴发动机进行了深入地研究。涡轴发动机的综合性能指标不断提高和优化，为新型号的研制提供了坚实的技术基础，有力地支持了产品的不断升级换代，牢牢地占据了世界航空发动机技术的领先地位。时至今日，发动机已经进展到了第四代发展阶段。20世纪中期为第一代；60年代进行再发展；80年代进行创新改革；90年代是第四代的发展。

1.我国涡轴发动机发展现状

我国的涡轴发动机的发展历史并不长，仅有短短30年的历史。因此对于涡轴发电机的研究并没有像欧美发达国家一样深入，我国的涡轴发动机的技术水平比较低，理论研究和实际应用衔接不够精准，对于发动机研究没有一套比较详细的计划方案。因此在涡轴发动机的设计发展上我们落后别人一大截，为了追赶科技发展的脚步必须进行改革创新，进行深入性研究阶段。目前的市场多依靠国外的涡轴发动机，进行引进。但是引进的发动机水平普遍性不高。所以对于涡轴发动机的研究迫在眉睫。

二、涡轴发动机的状态控制

涡轴发动机的状态控制又有3个方面，一个是稳态控制还有限制保护控制以及过渡态控制。稳态控制是其中的一个基础控制。稳态控制中会运用到加减速控制回路。这是一个对于航天动力装置的控制，是我们一致的重点研究对象。PID控制回路就是其中一个重要研究对象。

基于对涡轴发动机的研究，设计人员明确研究目标，对于相关控制器做了说明。其中对于加减速控制是研究重难点。对于加减速运动进行有效地控制要采用PID控制和传统的控制方法相结合。利用非线性控制理论去进行加减速控制。PID控制是一种在BP神经网上的控制。这种控制取得了良好的成效。在发动机操控过程中通过加减速进行参数调整。在确保控制器的安全前提下进行相关性操作。通过限制燃油量来进行一种安全状态保护就是限制保护控制（如图1所示）。限制保护控制器会对发动机的性能做出测评，可以有效地保证发动机运行时的安全，防止出现不必要的损失。

加减速控制是我轴发动机速度控制中的重要一环。它能够保证发动机的功率状态稳定，对于功率转换有很大的平衡稳定、快速性。加减速运动中，发动机承受的压力会比较大，为了保证发动机的状态稳定，要通过多个外部控制进行稳定调整。因此对于涡轴发动机的加减速过程的回路设计是非常重要的。可以通过对PID控制的掌握，还要选择合适的变量进行控制，实现航天动力装置的加减速有效切换。航空动力装置加减速控制起始并终止于稳态过程。稳态控制回路是一个基础性控制。可以通过转子转速和动力装置压缩系统增压比EPR都能有效反映动力装置的推力和功率，因此，稳态控制回路通常可设计为以或EPR为被控变量的闭环PID控制回路（如图2所示）。经典控制理论中的PID控制器由于其易实现、鲁棒性强等特点，在航空动力控制领域中得到广泛应用。

以差分方程表示的计算方法如下。

三、限制保护

可以使用组合型的控制器进行动力装置的保护。有些动力装置会出现一些预期以外的事故，使动力装置异常。而限制保护则是通过一些强制性的条件对动力装置进行约束，避免动力装置被破坏。

四、相关保护措施

1.转子转速

当动力装置出现超转的现象时通常是由传感器失效等状况导致的。因此需要对动力装置的转速进行限制。限速有对高压转子转速的限制和低压转速转子的限制，也就是双转子动力限制。

2.防止压力机出口超压

动力装置通常是有低压出口的压力限制，这个压力限制通常是为了除冰或者是对换气系统引换气。对压力机的出压值进行压力最大值的限制。对航天动力装置中的各种动力数据进行比对限制。可以通过PID控制器进行数据监控，确定限制压力数值，对电流限幅。

五、减速实验

将发动机的转速进行相关调整，一般是调整到最大转速的90%，在转速稳定后再进行转速降低调整。可以通过对油门杆角度进行调整。在前50个时间单位内，燃油速度降低，转速也降低。在第50个时间单位后，转速平缓地下降，切换器已将控制权由减速控制器交给稳态控制器，过渡过程平顺。减速控制算法在时间、稳定性和准确性上达到设计要求。

结语

对航天动力装置进行各项数据勘测和对加减速进行控制是航天动力研究的重难点。本文就航空动力装置的加减速装置进行分析。涡轴机动力控制和稳态控制回路是动力控制的重要基点。通过对相关文献的参考对于航天动力装置速度控制进行研究，对于切换动力转换装置进行研究。通过相关的电子操作系统进行科学化管理。稳态控制系统是动力转换中的一个重要环节，对稳态控制系统的设计需要进行重点设计。

参考文献

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