SIMJET微型涡喷发动机控制实践

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2.控制系统的组成与工作原理 控制系统的组成与工作原理
—原理框图 原理框图
直流起 动电机 点火器 丙烷阀 燃 燃 油 油 泵 阀 燃气涡轮发动机 转速 传感器
温度 传感器
FADEC控 制 器
油门操 纵装置
状态监 视终端
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2.控制系统的组成与工作原理 控制系统的组成与工作原理 —工作原理
接通点火器加热 接通电机带动转子旋转，然后快速断开， 接通电机带动转子旋转，然后快速断开，以得到一个较低的转速 状态（观察转速信号） 状态（观察转速信号） 打开气阀，丙烷气应在燃烧室内点火成功（观察排气温度信号） 打开气阀，丙烷气应在燃烧室内点火成功（观察排气温度信号） 如果点火成功，则断开点火器， 如果点火成功，则断开点火器，接通电机加速 接通油阀,控制油泵 使燃油进入燃烧室，并维持一个较小的流量 接通油阀 控制油泵,使燃油进入燃烧室 控制油泵 使燃油进入燃烧室， 燃油蒸发燃烧时,发动机的状态有显著变化 转速上升 燃油蒸发燃烧时 发动机的状态有显著变化,转速上升 声音增大 发动机的状态有显著变化 转速上升,声音增大 调节供油量， 调节供油量，避免转速悬挂 当转速达到一定程度时， 当转速达到一定程度时，切断气阀 当转速达到一定程度时， 当转速达到一定程度时，电机脱开 继续加油， 继续加油，直至发动机进入慢车状态 慢车以后，改变供油量，可以改变发动机状态， 慢车以后，改变供油量，可以改变发动机状态，产生期望的推力 12
6.控制规律研究
—实物在回路仿真 实物在回路仿真
微发模型 接口模拟器 隔离通道 执行机构 信号输入 传感器信号输出 0～3000Hz 转速信号
RS232
1# 工控机
微发模型
电机 PWM
点火器 PWM
油泵 PWM
丙烷阀 燃油阀 1/0 1/0
0～2.4V 温度信号
控制器原理样机
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6.控制规律研究
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思考题
1. SIMJET发动机控制系统中有哪些传感器和 发动机控制系统中有哪些传感器和 执行机构 2. 简述微型涡喷发动机的控制方案 3. 供油量是通过什么手段调节的 4. *控制器的基本工作原理 控制器的基本工作原理 5. *简述微型涡喷发动机的起动控制过程 简述微型涡喷发动机的起动控制过程
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5.控制器软件设计
—软件的功能定义 软件的功能定义
实时时钟基准 状态采集：转速、温度、油门指令、电源电 压等 执行机构的操纵 起动控制逻辑 发动机状态操纵与调节 安全保护逻辑 通信 参数配置
16wk.baidu.com
6.控制规律研究
仿真技术 实物在回路仿真技术 接口模拟器 起动控制规律研究 状态调节控制规律研究
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1.微型涡喷发动机简介 微型涡喷发动机简介
—发动机的结构分解 发动机的结构分解
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1.微型涡喷发动机简介 微型涡喷发动机简介
—发动机的配套件 发动机的配套件
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1.微型涡喷发动机简介 微型涡喷发动机简介
—发动机的应用
微型涡喷发动机特点
– 重量轻、功率大、能量密度高 – 是飞机动力装置的缩微版，具有与常规涡喷发动机相似的工作过程和运行特征
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—实物在回路仿真 实物在回路仿真
从原装控制器获取控制规律
– 电机控制规律 – 点火控制规律 – 气阀控制规律 – 油阀控制规律 – 油泵控制规律 – 供油量规律
验证原理样机控制器的控制规律
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7.台架试车实验研究
—基于快速原型控制系统 基于快速原型控制系统
Ta N g (R P M ) P la PW M Wf Ft FP
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1.微型涡喷发动机简介 微型涡喷发动机简介
—发动机的应用
美微小型巡航导弹
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2.控制系统的组成与工作原理 控制系统的组成与工作原理
—组成 组成
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2.控制系统的组成与工作原理 控制系统的组成与工作原理
—组成 组成
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2.控制系统的组成与工作原理 控制系统的组成与工作原理
—执行元件 执行元件
起动电机：永磁高速直流电机， 起动电机：永磁高速直流电机，在 提供8V～ 直流电源时， 提供 ～9.6V直流电源时，可以将 直流电源时 发动机的转子带到10000RPM 以上 发动机的转子带到 点火器： 的电阻丝， 点火器：0.3Ω的电阻丝，在供给 的电阻丝 9.6V点火脉冲时 9.6V点火脉冲时，为丙烷气体提供 点火脉冲时， 点火源 丙烷阀、燃油阀 ：交直流两用电磁 丙烷阀、 阀，用于控制燃气和燃油的通断 燃油泵： 燃油泵：直流电机带动的单向齿轮 泵 ，采用PWM方式调节直流电机 采用 方式调节直流电机 转速， 转速，从而调节供油量
民用领域
– 电影业的航拍 – 广告业的飞行广告 – 高级航模运动
形成新型武器系统和新作战模式
– 各类微型无人机（飞行科目训练、军事侦查、高速小型靶标、飞行器设计验证 ) – 微型导弹（陆军用、无人机或直升机用）
未来军事应用需求
– 作为微型高速靶机可提高我军空、陆、海诸军种防空部队的训练水平 – 作为微型诱饵机、侦察机、攻击机等可显著增强部队的战斗力。 – 可独立或结合燃料电池发展为高能量密度军用电源
驾驶舱 面板指 示电路
驾驶舱 面板
FADEC电路
油门指令信号 输入电路 串行通信 接口电路
油门操纵装置
状态监控终端
700
50Hz 2300us
PWM
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4.控制器硬件平台研究 —基于工控机的快速原型控制平台
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5.控制器软件设计
软件的功能定义 软件的模块划分 基于C语言的程序设计 软件的实时性与RTOS 软件的可配置性
最 大 转 速 121926rpm 最 大 油 压 234.3KPa 起 动 时 间 22秒
最 大 推 力 7.34Kg
10 0
50
0 0 70 1 40
tim e (s)
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7.台架试车实验研究
—基于快速原型控制系统 基于快速原型控制系统
Ta N g(R P M ) PW M Wf Ft FP
40 35 30 25 20 15 10 5 0 -5 50 60 70 80 90 100
—SIMJET-1200 AES型发动机特点 型发动机特点
总体特征： 总体特征：长-260mm，直径 ，直径-89mm，重量 ，重量-1000g 发动机主体：单级离心压气机、燃烧室、 发动机主体：单级离心压气机、燃烧室、单级涡轮 发动机机身附件：永磁直流起动电机、 点火器、 发动机机身附件 ： 永磁直流起动电机 、 点火器 、 传感器及 信号调理板 性能参数： 慢车转速55000RPM， 额定转速 性能参数 ： 慢车转速 ， 额定转速155000RPM， ， 最大推力6Kg，慢车推力：0.36-0.6 Kg，发动机正常排气温 最大推力 ，慢车推力： ， 度 ： 540-590℃ ， 发动机自保护排气温度 ： 800℃ ， 最大推 ℃ 发动机自保护排气温度： ℃ 力时油耗：238ml/min 力时油耗： 两种燃料：丙烷、 航空滑油的航空煤油。 两种燃料：丙烷、含4%航空滑油的航空煤油。前者用于预 航空滑油的航空煤油 燃加温，后者一部分经过轴承,达到润滑轴承的目的 达到润滑轴承的目的， 燃加温， 后者一部分经过轴承 达到润滑轴承的目的，另一 部分通过蒸发管加热蒸发， 部分通过蒸发管加热蒸发，到燃烧室燃烧 起动方式： 采用直流电机直接带动转子旋转， 起动方式 ： 采用直流电机直接带动转子旋转 ， 通过丙烷预 对煤油加热蒸发， 燃，对煤油加热蒸发，进而在燃烧室可靠燃烧
控制实践：
SIMJET微型涡喷发动机控制实践
第十四讲
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主要内容
1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 微型涡喷发动机简介 控制系统的组成与工作原理 控制系统研究的技术难点 控制器的硬件平台 控制器的软件设计 控制规律研究 台架试车实验研究 结束语
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1.微型涡喷发动机简介 微型涡喷发动机简介
tim e
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8.总结与展望
—总结 总结 初步建立了微型涡喷发动机控制系统的研究平台 （含一系列嵌入式控制器、控制与测量软件） 基本找到了解决控制系统中关键传感器和执行元件 问题的技术措施 研制成功经过不断改进的3种控制器原理样机
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8.总结与展望
—展望 展望 建立微型涡喷发动机全状态实时动态数学模型 微型涡喷发动机自适应控制 微小燃油流量精确控制 控制系统的集成化和微型化 自动起动、 自动起动、空中起动及再起动 机载可靠性
4.控制器硬件平台研究
—原装控制器 原装控制器
11.4Hz 6
0
5V
起动 电机
燃油泵
燃油阀
丙烷阀
点火器
转速 传感器
温度 传感器
起动电机 控制电路
燃油泵 控制电路
燃油阀 控制电路
丙烷阀 控制电路
点火器 控制电路
转速信号 采集电路
温度信号 采集电路
电池组
电源 电路
电池 电压 采集 电路
AT89S8252单片机核心电路