微型涡轮发动机燃油流量测量和过渡态供油规律研究

摘要

在微型涡轮发动机控制系统开发研究过程中，目前有两个问题亟需解决：（1）燃油流量测量的精度和实时性不高，缺少有效的燃油计量手段；（2）由于过渡态供油规律不合理，微型涡轮发动机起动时间过长且容易出现超温现象，加减速过程超调过大、调节时间过长，外界环境改变对供油规律的影响大。本文主要围绕上述两个问题开展研究工作。
　　(1)在燃油计量方面，针对涡轮流量计和基于微压差的流量测量需求研制开发一种燃油计量控制器。首先对燃油计量控制器的需求进行分析，然后提出以智能彩屏终端为人机交互界面和以ARM为核心的控制器总体设计方案，最后详细论述了各个硬件、软件模块的设计方法。该控制器能够测量并显示燃油流量、燃油温度、油泵背压，而且能够与上位机实时通信，此外还具有电动油泵控制功能，满足燃油流量试验研究的需求。
　　(2)针对涡轮流量计开展测量精度和实时性方面的研究。首先通过原理和试验分析测频法、测周法、F/V变换法及倍频法等几种常规的测量方法存在的不足，然后在此基础上提出一种基于循环周期数的动态流量测量法。最后使用燃油计量控制器对新的测量方法进行试验验证。结果表明，本文提出的基于循环周期数的动态流量测量法可以极大改善燃油流量测量的实时性和精确性，可以满足微型涡轮发动机控制系统开发和台架试验的需求。
　　(3)开展微型涡轮发动机过渡态供油规律研究。对于起动过程，分别通过实物在回路仿真试验及台架试验对起动供油规律进行探索，重新设计了微型涡轮发动机起动过程供油规律，显著缩短了发动机起动时间。对于加减速过程，本文依次尝试了带前馈补偿的PI控制算法、开环加固定PI控制参数算法、开环加变PI控制参数算法并进行试验研究，但是控制效果不够理想。在分析发动机状态控制延迟机理的基础上，提出了带延迟的开环加变PI控制参数算法，并进行试验验证。结果表明，这种方法可以有效地减小超调量和调节时间，而且可以消除外界环境对供油规律的影响。

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图表清单

注释表

第一章 绪论

1.1研究背景与意义

1.2国内外研究现状

1.3本文研究工作及内容安排

第二章 燃油计量控制器设计

2.1燃油计量控制器设计需求分析

2.2总体设计方案

2.3硬件设计

2.4软件设计

2.5试验验证

2.6本章小结

第三章 燃油流量测量方法及试验研究

3.1涡轮流量计简介

3.2涡轮流量计信号的常规处理方法分析

3.3基于循环周期数的动态流量测量法

3.4本章小结

第四章 微型涡轮发动机过渡态供油规律研究

4.1微型涡轮发动机控制系统功能分析

4.2微型涡轮发动机实物在回路仿真试验系统简介

4.3微型涡轮发动机过渡态控制问题分析

4.4微型涡轮发动机起动过程供油规律研究

4.5微型涡轮发动机慢车以上过渡态供油规律研究

4.6本章小结

第五章 总结与展望

5.1论文总结

5.2工作展望

参考文献

致谢

在学期间的研究成果及发表的学术论文