发动机控制系统的基本组成、原理和类型

一、控制系统的基本组成
控制系统是指控制对象与控制器的总称。

(一)控制对象
控制服务的对象，称控制对象。

发动机是发动机控制系统的控制对象，它受两种干扰量的作用：一种是外界条件（如P1*、T1*)的作用，这种作用量称干扰作用量；另一种是通过调准机构改变的控制量的作用，这种作用称控制作用量(如：油门转角α)。

(二)控制器
用来完成控制的装置，称控制器。

例如控制发动机转速的装置，称为转速控制器。

控制器由多个元件组成。

不同的控制器有不同的元件，但都有敏感元件、放大随动装置和执行机构这三个基本部分。

1.敏感元件
敏感元件又称测量元件，它感受被控参数或引起被控参数变化的干扰量的变化。

例如，感受被控参数转速变化的离心飞重，就是转速敏感元件；感受引起被控参数转速变化的干扰作用量P1*变化的膜盒，就是压力敏感元件。

2．放大随动装置
放大随动装置由放大元件和随动装置两部分组成。

在控制器中，由于放大元件与随动装置是联合使用的，有着密切的联系，因此，通常把它们一起称为放大随动装置。

将敏感元件感受的变化信号加以放大的元件称为放大元件。

例如分油活门便是转速控制器的放大元件，它将离心飞重感受到的转速变化转变成位移而去控制油孔开度，使控制器进行工作。

利用外界能源，借放大元件的输出信号推动执行机构工作的元件，称为随动装置。

例如随动活塞便是转速控制器的随动装置，它是借分油活门的油孔开度变化，利用工作油液的压力去推动斜盘的。

3. 执行机构
执行机构也称控制机构，用来改变控制量的大小。

发动机转速控制系统中的油门开关、柱塞式油泵的斜盘都是执行机构。

控制器除了具有上述三个基本元件外，还常常设有一些其它元件。

如比较元件、计算元件和校正元件等，在此不再叙述。

为了简单形象地表现控制系统的结构特点及相互关系，常用方块图表示控制系统的各组成部分，用带箭头的线段表示输入量或输出量，这祥组成的图形称为方块图。

又称结构简图，如图1-2所示。

有时，有两个或两个以上的输入量同时作用在某一元件上，为了用一个输入量就能等效地
表示出这些输入量的作用，需用综合点对这些输入量进行综合。

如图
1-3所示，综合点上的输入量n°和n即为作用在控制器上的两个输入量，综合点上的输出量△n即为这两个输入量的综合作用，也是元件实际的输入量。

二、控制系统的基本工作原理
尽管控制系统类型繁多，结构形式各异，但就其基本工作原理而言，不外有两种：偏离原理和补偿原理。

(一) 偏离原理
按偏离原理工作的转速控制系统如图1-4所示。

它由简单转速控制器和发动机组成。

控制器的敏感元件是离心飞重，由发动机带动旋转，感受
被控参数n的大小。

放大随动装置为杠杆装置，受离心飞重控制。

执行机构是回油活门，它控制回油路开度，从而改变控制量mf的大小。

发动机稳定工作时，发动机转速一定，控制器各部分都处于相对静止状态，控制器不调节。

当发动机工作条件变化时，被控参数偏离给定值，控制器便进行调节，以消除被控参数的偏离。

例如当飞行高度升高时，进入发动机的空气流量减少，发动机转速自动增加。

此时，作用在离心飞重上的惯性离心力增大，飞重向外张开，推动扛杆向上移动，带动回油活门上移，开大回油路，减少供油量，发动机转速减小并恢复为原给定值。

上述控制系统中，控制量直接感受被控参数的变化，当被控参数偏离给定值时，控制器进行调节，消除偏离，使被控参数恢复为给定值。

由于它是按被控参数的偏离信号进行控制的，故称为偏离原理。

(二) 补偿原理
按补偿原理工作的转速控制系统如图1-5所示。

它由发动机和转速控制器组成。

控制器的敏感元件是膜盒，它感受外界干扰量P1*的变化。

放大随动装置和执行机构分别是扛杆和回油活门。

外界条件不变时，发动机稳定工作，转速保持一定，控制器不工作。

外界条件变化时，控制器感受外界变化，调节供油量，以防转速偏离给定值。

例如飞行高度升高时，一方面流入发动机的空气流量减少，发动机转速要自动增大；另一方面，大气压力降低，膜盒膨胀，推动顶杆下移，经杠杆带动回油活门上移，增大回油开度，增加回油量，使供油量减少，以防止转速上升。

上述控制系统中，控制器并不直接地感受被控参数的变化，而是感受引起被控参数变化的外界干扰量的变化。

当外界干扰量变化时，控制器进行调节，防止被控参数变化。

由于这种控制系统是按干扰量
的变化来进行控制，以补偿干扰量对发动机转速的影响的，故称为补偿原理。

三、控制系统的基本类型
按工作原理分类，自动控制系统可分为闭环控制系统、开环控制系统和复合控制系统。

(一)闭环控制系统
闭环控制系统是按偏离原理工作的控制系统，其结构简图如图
1-6所示。

该系统的结构特点是：控制对象(发动机)的输出量即为控制器的输入量，而控制器的输出量则为控制对象的输入量，整个控制系统结构简图构成一个闭合环路，故称闭环控制系统。

闭环控制系统的优点是调节准确性高。

这是因为控制器感受被控参数的变化，不论是内部干扰量、还是外部干扰量变化而引起被控参数偏离给定值时，控制器均能进行调节，而且只有被控参数恢复到给定值后，控制器才停止工作。

这种系统的缺点是调节不及时，因为只有在被控参数已经出现偏离后才开始调节。

因此，在干扰量连续变化时，例如飞机连续爬高，不能保持被控参数绝对不变。

由于这种系统准确性高，故在现有发动机上，大都采用了闭环控制系统。

(二)开环控制系统
开环控制系统，是按补偿原理工作的控制系统，其结构简图如图
1-7所示。

该系统的结构特点是：控制对象的输出量不是控制器的输入量，系统的结构简图构成一个开启环路，故称开环控制系统。

开环控制系统的优点是调节及时，这是因为控制器与发动机同时感受外界干扰量的变化，在干扰量将要引起被控参数偏离给定值时，控制器已经开始调节，及时防止了这一偏离的产生。

这种系统的缺点是准确性差。

这是因为它不能感受外界所有干扰量，只能愿受一些主要的干扰量（如P1*)，而对其它干扰量(如T3*，压气机效率等)的变化无法感受。

因此，不能准确地保持被控参数不变。

由于这种系统的准确性差，所以这种系统的应用范围受到限制，一般应用在对准确性要求不是很高的发动机控制系统中。

(三) 复合控制系统
复合控制系统是指闭环和开环联合在一起的控制系统，它们都可以改变控制量，控制被控参数。

其结构简图如图1-8所示。

这种系统的优点是调节及时、准确，集中了两种系统的优点。

缺点是构造比较复杂。