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实用微型涡喷发动机控制系统的设计

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计算机测量与控制.2007.15(6) Computer Measurement &Control

工业控制

实用微型涡喷发动机控制系统的设计

实用微型涡喷发动机控制系统的设计

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收稿日期:2006-07-28; 修回日期:2006-09-12。

作者简介:陈青青(1981-),男,安徽泗县人,工学硕士,主要从事计算机控制与仿真方向的研究。

宋子善(1933-),男,江苏武进人,教授,博导,主要从事飞行器制导、控制与仿真、智能控制等方向的研究。

文章编号:1671-4598(2007)06-0736-04 中图分类号:T P2 文献标识码:B

实用微型涡喷发动机控制系统的设计

陈青青1

,陈 杰2

,范丹丹1

,沈为群1

,宋子善

1

(1.北京航空航天大学自动化科学与电气工程学院,北京 100083;

2.海军装备研究院信息工程技术研究所,北京 102249)

摘要:介绍了国产某型涡喷发动机控制律的设计过程,从对发动机的数学建模入手,通过系统辨识得出其模型参数,采用差量式PID 算法,使用M atlab/Simulink 模块进行控制参数的调试,最后将控制律用Keil C 编程;并在发动机上进行参数的最终调节;实现了发动机转速的稳定控制;该设计方法对于其他控制对象的PID 控制律的设计可供参考;实际应用表明,该系统工作性能稳定、可靠。

关键词:涡喷发动机;建模;控制律

Design of Micro Turbine Jet Engine Control Unit

Chen Qing qing 1,Chen Jie 2,Fan Dandan 1,Shen Weiqun 1,Song Zishan 1

(1.BU A A,Beijing 100083,China;

2.I nstit ute o f Info rmation T echno log y,N aval A cademy o f A rmament,Beijing 102249,China)

Abstract:T he design process of control mode of a certain domes tic micro turbine j et i s introduced It starts with the mathematic modeling,and gets the parameters of the model from systematic identi fication After making sure of u sing the dispersion PID control method,w e us ed M atlab/Simulink module to debug th e con trol param eter s W e p rog ramm ed th e con trol method by u sing Keil C an d carried on the modulation of the parameters on the jet Finally we ach ieved the stab ilization control of rotatin g speed of turbin e jet T he design method offers some refer -ences for the design of PID control m ode of other objects,as well Application show s that the con trol s ystem run s s tably and reliably

Key words:tu rbine jet engine;m odeling;control m od e

0 引言

随着航空技术的发展,微型涡喷发动机的应用越来越广

泛。它将使小型无人飞行器能获取较高的速度和载荷能力。因此,微型涡喷发动机的研制在军用和民用领域都有深远的意义。目前,国外的微型涡喷发动机产品已发展的相对比较成熟,成功的应用到小型无人机上。但在国内,无论是发动机本身还是控制系统,都是较新领域[1]。

为推进自主创新,加快国产化步伐,针对国产某系列发动机,设计了基于C8051F 021和M icr oStar RT O S 的微型涡喷发动机的控制系统。

它以处理器为核心,集传感器、伺服机构、人机接口为一体,体积小,重量轻,提供了与主控系统的指令接口和与地面测试设备的检测接口,功能完善。其系统结构如图1所示。

图1 控制系统结构图

为便于系统调试和测试发动机性能,我们还开发了运行W indo ws 平台的实时检测软件ECU 2 0(Eng ine Contr ol U-nit,V ersio n2 0)。它能实时的将发动
机各种参数实时记录下来,动态的以曲线方式显示出来,分析各个参量间的相关性,以及发送控制命令、报警等辅助功能。

为便于系统调试和测试发动机性能,我们还开发了运行W indo ws 平台的实时检测软件ECU 2 0(Eng ine Contr ol U-nit,V ersio n2 0)。它能实时的将发动机各种参数实时记录下来,动态的以曲线方式显示出来,分析各个参量间的相关性,以及发送控制命令、报警等辅助功能。

1 硬件设计

发动机控制器采用C8051F021单片机作为控制核心,该单片机具有丰富的片上硬件资源及高运算速度,对本控制系统,几乎不需扩展即可满足控制系统对硬件资源的需求并有较大裕量。其硬件结构图如图2所示。

图2 硬件结构图

系统通过比较器将由遥控接收机传送来的脉宽信号接收、

转化为期望转速指令,与捕捉定时器捕捉的由转速测量模块传送来的速度信号,以及由AD 测量的由温度测量模块传送来的发动机工作温度信号综合后,经控制算法,产生驱动启动电机、油泵、点火头、油阀、气阀的PW M 信号;同时通过U A RT 口将发动机的各项参数传送给PC 端数据采集软件ECU 2 0,并通过IIC 接口,与手持终端连接,方便用户进行

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