专利摘要

专利摘要

本发明公开了一种微型航空涡喷发动机的控制方法及装置，涉及涡喷发动机控制领域。该发明主要是实现纯液体燃料的涡喷发动机的全流程控制，完成发动机的自动启动，运行状态的监控。本发明主要由引擎控制单元（ECU），台架测试控制台，上位机三部分构成。该发明采用STM32系列作为主控芯片，主要包括传感器模块、通信模块、外部控制量输入模块、显示模块等功能模块，各种模块均采用优选方案，具有实时性好、稳定性高等性能优势。上位机采用C#语言编写实现，并构建数据库实现了发动机运行参数的存储，为发动机的后续研发提供了便利。

权利要求

1.一种微型航空涡喷发动机的控制装置，其特征在于：包括引擎控制单元、台架测试控制台和上位机；

所述引擎控制单元采用STM32F4xx系列MCU作为硬件平台，包括与其相连的传感器组件、第一通信模块和发动机工作模块；

所述传感器组件包括EGT传感器，转速传感器，空速传感器、进气温度传感器和燃油压力传感器；发动机工作模块包括点火器模块、启动燃油阀模块、主燃油阀模块、燃油泵模块和启动电机模块；第一通信模块实现引擎控制单元与台架测试控制台之间的通信；

所述控制装置设计了“流程-闭环”相结合、“多闭环-全流程”的控制策略；

所述“流程-闭环”相结合、“多闭环-全流程”控制策略利用多外设嵌入式模拟、数字电子控制应用技术实现信息采集和运行控制；对发动机各工作过程采用细化的亚流程控制与闭环模糊PID控制策略相结合的设计，并在所有控制亚流程中均采用多传感器多闭环的控制策略。

2.根据权利要求1所述的一种微型航空涡喷发动机的控制装置，其特征在于：所述台架测试控制台采用STM32F103系列MCU作为硬件平台，包括显示模块、第二通信模块、第三通信模块和控制量输入模块，第二通信模块与引擎控制单元的第一通信模块相连，上位机与台架测试控制台的第三通信模块相连；该平台是用户实现发动机控制的操作平台，并完成与引擎控制单元和上位机的数据交换，显示引擎控制单元采集的数据。

3.根据权利要求1所述的一种微型航空涡喷发动机的控制装置，其特征在于：所述台架测试控制台中的第二通信模块采用RS-485通信协议与引擎控制单元的第一通信模块相连，实现数据交换；上位机与台架测试控制台的第三通信模块相连，实现上位机与台架测试控制台的数据交换。

说明书

技术领域

本发明涉及航空涡轮喷气发动机控制领域，特别是仅使用液态燃料的微型航空涡喷发动机的控制方法。

背景技术

伴随现代战争逐渐显现的信息化，电子化，无人化，局部化等特点，小型无人机，高速靶机，巡飞弹，低成本自主攻击弹药等成为未来战争武器的发展的重要方向之一。作为配套动力装置，微小型涡喷发动机近年来也得到快速发展和广泛应用。除军用领域外，将微小型喷气发动机应用于民用航模领域，实现了航模运动的喷气跨越。虽然微小型发动机最明显的特点是小型化，但是其对系统的控制需求相对于一般的航空发动机没有丝毫削减，并且由于尺寸限制给微小型涡喷发动机控制技术的发展以及控制系统的产品实现带来困难。

在微型涡喷发动机控制器研发领域，很多研究机构相继开展了微型涡喷发动机控制算法的研究、原理样机的实现及半实物仿真等工作，其目的更多的是为航空发动机应用先进控制策略提供参考和借鉴。但因控制系统硬、软件设计架构存在问题，导致各传感器、伺服机构协调工作过程中效率低下、控制精度差，且各模块是简单堆积实现，受限于模块结构形式和模块成本，难以实现工程化、产品化生产。

发明内容

本发明是要提供一种微型航空发动机的控制方法及装置，满足仅使用液态燃料的涡喷发动机对控制系统的需求，克服现有技术存在的控制系统硬、软件架构不合理，成本高未能实现工程化的问题。

为实现本发明的目的，本发明提供的技术方案是：

一种微型航空涡喷发动机的控制装置，包括引擎控制单元、台架测试控制台和上位机；

所述引擎控制单元采用STM32F4xx系列MCU作为硬件平台，包括与其相连的传感器组件、第一通信模块和发动机工作模块。所述传感器组件包括EGT传感器，转速传感器，空速传感器、进气温度传感器和燃油压力传感器；发动机工作模块包括点火器模块、启动燃油阀模块、主燃油阀模块、燃油泵模块和启动电机模块；第一通信模块实现引擎控制单元与台架测试控制台之间的通信。

进一步的，所述台架测试控制台采用STM32F103系列MCU作为硬件平台，包括显示模块、第二通信模块、第三通信模块和控制量输入模块，第二通信模块与引擎控制单元的第一通信模块相连，上位机与台架测试控制台的第三通信模块相连；该平台是用户实现发动机控制的操作平台，并完成与引擎控制单元和上位机的数据交换，显示引擎控制单元采集的数据。

根据上述的一种微型航空涡喷发动机的控制方法，所述台架测试控制台中的第二通信模块采用RS-485通信协议与引擎控制单元的第一通信模块相连，实现数据交换；上位机与台架测试控制台的第三通信模块相连，实现上位机与台架测试控制台的数据交换；本发明设计了“流程-闭环”相结合、“多闭环-全流程”的控制策略。

进一步的，所述“流程-闭环”相结合、“多闭环-全流程”控制策略利用多外设嵌入式模拟、数字电子控制应用技术实现信息采集和运行控制；对发动机各工作过程采用细化的亚流程控制与闭环模糊PID控制策略相结合的设计，并在所有控制亚流程中均采用多传感器多闭环的控制策略。

与现有技术相比，本发明的优点是：

1、本发明装置利用高速嵌入式处理器和多传感器技术实现发动机工况的采集。利用多外设嵌入式数字电子控制应用技术实现信息显示和运行控制。设计高效的控制策略和控制规律实现发动机运行状态的闭环控制，达到“该装置控制下的发动机不仅能通过人工操作测试运行，也能自主实现高效安全稳定运行”的控制效果。

2、利用该装置能实现发动机自动启动，启动时间缩减到30S左右，并且能实时监控发动机的运行状态。

3、合理的系统架构使各传感器高效协调工作，电路设计降低了成本。

附图说明

图1为本发明的总体结构示意图；

图2为多闭环控制策略框图；

图3为发动机运行过程示意图；

图4为引擎控制单元（ECU）硬件框图；

图5为引擎控制单元（ECU）软件流程图；

图6为台架测试控制台硬件框图；

图7为台架测试控制台软件流程图。

具体实施方式：

下面将结合本发明实施例和附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

参见图1，本发明提供的一种微型涡轮喷气发动机的控制装置。该装置主要由引擎控制单元（ECU）、台架测试控制台、上位机构成。

引擎控制单元采用STM32F4xx系列MCU作为硬件平台，包括与其相连的传感器组件、第一通信模块和发动机工作模块。所述传感器组件包括EGT传感器，转速传感器，空速传感器、进气温度传感器和燃油压力传感器；发动机工作模块包括点火器模块、启动燃油阀模块、主燃油阀模块、燃油泵模块和启动电机模块；第一通信模块实现引擎控制单元与台架测试控制台之间的通信。

台架测试控制台采用STM32F103系列MCU作为硬件平台，包括显示模块、第二通信模块、第三通信模块和控制量输入模块，第二通信模块与引擎控制单元的第一通信模块相连，上位机与台架测试控制台的第三通信模块相连；该平台是用户实现发动机控制的操作平台，并完成与引擎控制单元和上位机的数据交换，显示引擎控制单元采集的数据。

根据上述的一种微型航空涡喷发动机的控制方法，台架测试控制台中的第二通信模块采用RS-485通信协议与引擎控制单元的第一通信模块相连，实现数据交换；上位机与台架测试控制台的第三通信模块相连，实现上位机与台架测试控制台的数据交换；本发明设计了“流程-闭环”相结合、“多闭环-全流程”的控制策略。

进一步的，“流程-闭环”相结合、“多闭环-全流程”控制策略利用多外设嵌入式模拟、数字电子控制应用技术实现信息采集和运行控制；对发动机各工作过程采用细化的亚流程控制与闭环模糊PID控制策略相结合的设计，并在所有控制亚流程中均采用多传感器多闭环的控制策略。

在整个装置运行过程中，通过台架测试控制台选择发动机的启动方式、燃料类型，控制启动电机转速、油门开度、点火器功率等，并将这些控制指令下传给引擎控制单元。引擎控制单元根据接收到的控制指令完成发动机的启动，并利用闭环PID控制策略自主动态调整启动时的点火器功率、启动燃油供应、启动电机输出、主燃油供应等参数，确保涡轮喷气发动机的全自动安全稳定运行。引擎控制单元还要实时采集发动机启动时的点火器功率、工作时的转速、排气温度等数据，将数据上传到台架测试控制台。台架测试控制台显示发动机运行时的工况，并将这些信息处理上传到上位机。上位机以更直观的方式显示更丰富的数据状态，构建数据库实时记录发动机工况，并可根据需要下发需要调整的控制参数。

本发明针对的是纯液体燃料的微型航空涡轮喷气发动机。

由图2可知，本发明提供的一种微型涡轮喷气发动机的控制装置采用PID闭环控制策略。输入端控制量包括温度、转速、燃油压力等参数。每个控制量的闭环控制均采用多闭环负反馈方式，确保发动机能够安全稳定运行。

通过台架测试控制台完成发动机的启动操作，主要有自动启动与手动启动两种方式，发动机运行过程如图3所示。启动成功以后首先进入慢车状态，此时发动机能够稳定运行但达不到使用时的要求，接着人工操作或者自动调整运行参数，到达发动机正常工作状态。若在此过程中出现故障该装置能够实现紧急停车，以防事故产生。

由图4可知，引擎控制单元（ECU）包括传感器组件、第一通信模块和发动机工作模块。第一通信模块接收台架测试控制台传来的控制信息，工作模块根据控制信息打开启动电机进气，打开点火器进行预热，打开启动燃油阀使发动机进入到慢车状态，此时打开主燃油阀，发动机进入正常工作状态。在此过程中依靠各个传感器实现对此过程的监控并及时调整各参数。EGT传感器实现对排气温度的测试，转速传感器实现对转速的监控，燃油压力传感器实现对油量的监控，各传感器获得的数据通过第一通信模块上传到台架测试控制台。

ECU的软件流程图如图5所示，各参数初始化，检测此时的工作状态，若检测到发动机是自动启动则进行自动启动流程，发动机启动过程如上述所述，若发动机是手动启动则要通过控制台进行手动操作，完成发动机的启动过程。

由图6可知，台架测试控制台包括显示模块、第二通信模块、第三通信模块、和控制量输入模块。第二通信模块与引擎控制单元的第一通信模块相连，接收其采集的发动机工作状况。主控芯片完成信息的处理后利用显示模块显示发动机工作状态，同时利用第三通信模块上传到上位机进行更细致的显示和存储。控制量输入模块是人工操作时外部输入单元，主控单元将控制信息处理以后通过第一通信模块下传到引擎控制单元实现对发动机的控制。控制量输入模块主要包括启动方式控制量、油泵控制量、电机控制量以及燃料选择控制量。

台架测试控制台软件流程如图7所示，系统初始化，读取输入的控制量，将数据组包传输给ECU，并接收上位机及ECU返回的数据进行状态显示。

上位机实现了发动机运行过程中各参数的显示，并利用数据库记录运行过程中各参数数据，以便进行后期查询。发动机在正常运行状态下EGT、推力值、实时转速、油泵等参数必须保持在合理范围内。通过上位机记录运行状态个参数的变化，当出现故障时能根据参数变化规律排除故障。

以上所述仅为本发明的优选实施方式，并非因此限制本发明的专利范围。

微型航空涡喷发动机的控制方法及装置专利购买费用说明

Q：办理专利转让的流程及所需资料

A：专利权人变更需要办理著录项目变更手续，有代理机构的，变更手续应当由代理机构办理。

1：专利变更应当使用专利局统一制作的“著录项目变更申报书”提出。

2：按规定缴纳著录项目变更手续费。

3：同时提交相关证明文件原件。

4：专利权转移的，变更后的专利权人委托新专利代理机构的，应当提交变更后的全体专利申请人签字或者盖章的委托书。

Q:专利著录项目变更费用如何缴交

A：（1）直接到国家知识产权局受理大厅收费窗口缴纳,（2）通过代办处缴纳，（3）通过邮局或者银行汇款,更多缴纳方式

Q：专利转让变更，多久能出结果

A：著录项目变更请求书递交后，一般1-2个月左右就会收到通知，国家知识产权局会下达《转让手续合格通知书》。