專(zhuān)利名稱(chēng)：旁通式適配器及其航空發(fā)動(dòng)機(jī)快速原型控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明用于航空發(fā)動(dòng)機(jī)的控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)研究，以滿足快速建立發(fā)動(dòng)機(jī)電子控制系統(tǒng)原型的要求，屬于航空發(fā)動(dòng)機(jī)控制技術(shù)領(lǐng)域。航空發(fā)動(dòng)機(jī)電子控制系統(tǒng)的快速原型實(shí)驗(yàn)需要快速構(gòu)建一個(gè)方便調(diào)試控制規(guī)律的環(huán)境，對(duì)傳感器信號(hào)進(jìn)行調(diào)理和采集，并輸出電流信號(hào)驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)。
背景技術(shù)：
在航空發(fā)動(dòng)機(jī)電子控制系統(tǒng)的研制過(guò)程中，采用快速原型控制系統(tǒng)的方法能節(jié)約成本，并大大加快產(chǎn)品進(jìn)度。快速原型控制是指在產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的初期，通過(guò)快速地建立控制對(duì)象和控制器模型，對(duì)相應(yīng)的控制模型或控制算法進(jìn)行多次離線和在線的試驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證控制系統(tǒng)軟硬件方案的可行性。航空發(fā)動(dòng)機(jī)電子控制器擔(dān)負(fù)著對(duì)飛行環(huán)境和發(fā)動(dòng)機(jī)工作狀態(tài)的采集、控制邏輯和算法的處理、控制指令的放大和驅(qū)動(dòng)等重要任務(wù)，它具有任務(wù)復(fù)雜、實(shí)時(shí)性強(qiáng)、可靠性要求高等特點(diǎn)，因此其研制周期長(zhǎng)。采用快速原型控制技術(shù)可以極大地提高開(kāi)發(fā)效率和研究水平，克服傳統(tǒng)的基于實(shí)際物理平臺(tái)的設(shè)計(jì)方法耗時(shí)長(zhǎng)、成本昂貴和風(fēng)險(xiǎn)高的特點(diǎn)?，F(xiàn)有的快速原型技術(shù)采用的方法是在工業(yè)控制計(jì)算機(jī)主板插槽插入數(shù)據(jù)采集卡實(shí)現(xiàn)信號(hào)驅(qū)動(dòng)和調(diào)理功能。由于數(shù)據(jù)采集卡只能提供標(biāo)準(zhǔn)-IOV +IOV或4 20mA信號(hào)， 還必須研制額外的傳感器信號(hào)調(diào)理和執(zhí)行機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)電路。另外數(shù)據(jù)采集卡需要安裝驅(qū)動(dòng)程序。這種方案成本高，從計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集卡到信號(hào)調(diào)理與驅(qū)動(dòng)電路傳輸?shù)氖悄M信號(hào)，傳輸距離有限，易受干擾。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的在于解決現(xiàn)有的航空發(fā)動(dòng)機(jī)快速原型控制系統(tǒng)中成本高、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、 抗干擾能力差等問(wèn)題，提供一種低成本、高效、抗干擾、應(yīng)用簡(jiǎn)單的旁通式適配器及其航空發(fā)動(dòng)機(jī)快速原型控制方法。本發(fā)明為實(shí)現(xiàn)上述目的，采用如下技術(shù)方案
本發(fā)明旁通式適配器，包括DSP核心模塊、信號(hào)驅(qū)動(dòng)模塊和信號(hào)調(diào)理模塊，其中信號(hào)驅(qū)動(dòng)模塊包括輸入端分別與DSP核心模塊輸出端連接的光隔離電流放大模塊和電壓/電流變換模塊，信號(hào)調(diào)理模塊包括輸出端分別與DSP核心模塊輸入端連接的電阻/電壓變換模塊、 電平變換模塊、兩個(gè)光電隔離電平變換模塊和兩個(gè)電壓放大模塊。旁通式適配器的航空發(fā)動(dòng)機(jī)快速原型控制方法，其特征是
采用旁通式適配器和普通PC機(jī)構(gòu)成快速原型控制系統(tǒng)，PC機(jī)作為發(fā)動(dòng)機(jī)控制計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)控制，旁通式適配器以高速串口通訊的方式實(shí)現(xiàn)與發(fā)動(dòng)機(jī)控制計(jì)算機(jī)通訊，以旁通工作方式作為發(fā)動(dòng)機(jī)控制器的終端設(shè)備，實(shí)現(xiàn)傳感器信號(hào)的調(diào)理與采集，控制信號(hào)的輸出與驅(qū)動(dòng)，適配器的數(shù)據(jù)傳輸采取主/從實(shí)時(shí)邏輯。所述的旁通式適配器是指適配器實(shí)現(xiàn)傳感器信號(hào)的調(diào)理與采集和控制信號(hào)輸出與驅(qū)動(dòng)，發(fā)動(dòng)機(jī)控制邏輯和算法由發(fā)動(dòng)機(jī)控制計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)，傳感器信號(hào)通過(guò)適配器采集后傳輸?shù)娇刂朴?jì)算機(jī)，控制指令先傳輸?shù)竭m配器，適配器對(duì)控制信號(hào)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)后送到執(zhí)行機(jī)構(gòu)；旁通工作方式是通過(guò)高速串口通訊實(shí)現(xiàn)的發(fā)動(dòng)機(jī)控制計(jì)算機(jī)將控制算法得到的控制量通過(guò)高速串口實(shí)時(shí)傳輸給適配器，適配器將采集到的傳感器反饋值通過(guò)高速串口實(shí)時(shí)傳輸給發(fā)動(dòng)機(jī)控制計(jì)算機(jī)；
所述適配器的數(shù)據(jù)傳輸?shù)闹?從實(shí)時(shí)邏輯如下控制計(jì)算機(jī)以主機(jī)方式工作，以定時(shí)的方式實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)控制邏輯，適配器以從機(jī)方式工作，通過(guò)實(shí)時(shí)串口在主機(jī)邏輯的驅(qū)動(dòng)下實(shí)現(xiàn)控制信號(hào)的輸出；適配器以小步長(zhǎng)采樣，實(shí)時(shí)獲取最新的控制反饋值，當(dāng)接收到主機(jī)的控制指令后，立即刷新控制輸出，并將最新的控制反饋值即時(shí)送到主機(jī)；主/從邏輯保證在發(fā)動(dòng)機(jī)快速原型控制系統(tǒng)中由于通訊帶來(lái)的延遲不超過(guò)一個(gè)通訊周期。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)
1)使用方便。發(fā)動(dòng)機(jī)控制計(jì)算機(jī)通過(guò)串口線直接與適配器連接，適配器直接與傳感器與執(zhí)行機(jī)構(gòu)連接，不需要接口板卡和安裝驅(qū)動(dòng)程序?？刂瞥绦虻拈_(kāi)發(fā)直接在發(fā)動(dòng)機(jī)控制計(jì)算機(jī)上開(kāi)發(fā)。2)抗干擾能力強(qiáng)。采用高速串口在適配器和控制計(jì)算機(jī)中傳輸數(shù)字信號(hào)，傳輸距離遠(yuǎn)，抗干擾能力強(qiáng)。3)實(shí)時(shí)性好。采用數(shù)據(jù)傳輸?shù)闹?從實(shí)時(shí)邏輯保證控制回路的實(shí)時(shí)性。


附圖1是航空發(fā)動(dòng)機(jī)電子控制系統(tǒng)原理框圖。附圖2是基于旁通式適配器的航空發(fā)動(dòng)機(jī)快速原型控制系統(tǒng)框圖。附圖3是旁通式適配器的組成原理框圖。附圖4是數(shù)據(jù)傳輸?shù)闹?從實(shí)時(shí)邏輯流程圖。附圖5是信號(hào)調(diào)理模塊的原理框圖。附圖6是信號(hào)驅(qū)動(dòng)模塊的原理框圖。附圖7是基于旁通式適配器的微型渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)快速原型控制系統(tǒng)框圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合圖1-圖6具體說(shuō)明本發(fā)明的方法。如圖1所示，在航空發(fā)動(dòng)機(jī)電子控制系統(tǒng)中，傳感器采集航空發(fā)動(dòng)機(jī)的狀態(tài)信號(hào)， 如轉(zhuǎn)速、溫度、壓力等，輸入到電子控制器。電子控制器是對(duì)傳感器輸入的發(fā)動(dòng)機(jī)狀態(tài)信號(hào)進(jìn)行信號(hào)調(diào)理后，然后進(jìn)行控制邏輯和算法的處理，生成控制指令，對(duì)控制指令進(jìn)行驅(qū)動(dòng)后，輸出到執(zhí)行機(jī)構(gòu)，進(jìn)而改變發(fā)動(dòng)機(jī)狀態(tài)量到預(yù)定值。 如圖2所示，基于旁通式適配器的航空發(fā)動(dòng)機(jī)快速原型控制系統(tǒng)采用普通PC機(jī)作為發(fā)動(dòng)機(jī)控制計(jì)算機(jī)，通過(guò)高速串口連接到旁通式適配器，就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)傳感器信號(hào)的采集和執(zhí)行機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)。 如圖3所示，旁通式適配器由DSP核心模塊、信號(hào)調(diào)理和信號(hào)驅(qū)動(dòng)模塊組成。航空發(fā)動(dòng)機(jī)傳感器經(jīng)過(guò)信號(hào)調(diào)理模塊調(diào)理后，由DSP核心模塊實(shí)時(shí)采集，轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，然后通過(guò)高速串口實(shí)時(shí)傳輸給控制計(jì)算機(jī)進(jìn)行決策；同時(shí)DSP核心模塊實(shí)時(shí)接收控制計(jì)算機(jī)決策得到的控制指令信號(hào)，通過(guò)信號(hào)驅(qū)動(dòng)模塊的電流放大，驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)動(dòng)作。如圖4所示，處于從機(jī)工作模式的旁通式適配器的工作時(shí)序受到控制計(jì)算機(jī)的驅(qū)動(dòng)，其工作時(shí)序是駕駛艙面板指令、轉(zhuǎn)速、溫度、壓力、位移傳感器等輸入信號(hào)的采集是受到2毫秒定時(shí)器的驅(qū)動(dòng)，以小采樣步長(zhǎng)為控制計(jì)算機(jī)的準(zhǔn)備好最新的輸入數(shù)據(jù)；當(dāng)收到控制計(jì)算機(jī)發(fā)來(lái)的完整數(shù)據(jù)包時(shí)，適配器立即響應(yīng)主機(jī)的驅(qū)動(dòng)，將準(zhǔn)備好的最新輸入數(shù)據(jù)，即采集到的駕駛艙面板指令、轉(zhuǎn)速、溫度、壓力、位移傳感器等信號(hào)發(fā)送到控制計(jì)算機(jī)，并將控制計(jì)算機(jī)發(fā)來(lái)的控制指令實(shí)時(shí)更新到驅(qū)動(dòng)模塊，驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)動(dòng)作。如圖5所示，信號(hào)調(diào)理模塊的具體實(shí)現(xiàn)方法如下信號(hào)采集調(diào)理部分具有開(kāi)關(guān)量采集調(diào)理、轉(zhuǎn)速采集調(diào)理和模擬量采集調(diào)理功能。開(kāi)關(guān)量采集調(diào)理部分將采集到的如駕駛艙面板指令等開(kāi)關(guān)量過(guò)光電耦合器隔離后輸出0/3. 3V的信號(hào)，頻率量采集調(diào)理部分將轉(zhuǎn)速傳感器的信號(hào)通過(guò)光電隔離后輸出幅值為0/3. 3V的方波給DSP核心模塊，模擬量采集調(diào)理部分可以接收熱電阻和熱電偶溫度傳感器、壓力傳感器和線性可變差動(dòng)變壓器(LVDT)式位移傳感器的輸入，提供傳感器的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，并將其調(diào)理成(T3V的電壓。如圖6所示，信號(hào)驅(qū)動(dòng)模塊的具體實(shí)現(xiàn)方法如下信號(hào)驅(qū)動(dòng)模塊包括開(kāi)關(guān)量指令輸出模塊和電流驅(qū)動(dòng)信號(hào)輸出模塊。開(kāi)關(guān)量輸出模塊將DSP核心模塊輸出的0/3. 3V開(kāi)關(guān)量信號(hào)經(jīng)過(guò)光電耦合器隔離和場(chǎng)效應(yīng)管電流放大后，輸出0/24V的電平信號(hào)，驅(qū)動(dòng)點(diǎn)火器、 起動(dòng)機(jī)等設(shè)備。電流驅(qū)動(dòng)信號(hào)輸出模塊將DSP核心模塊輸出的電壓量經(jīng)過(guò)電壓/電流變換成-40mA、0mA的電流信號(hào)，驅(qū)動(dòng)導(dǎo)葉、油針等設(shè)備。實(shí)施例，基于旁通式適配器的微型渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)的快速原型控制
如圖7所示，微型渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)根據(jù)采集到的轉(zhuǎn)速和尾氣溫度信號(hào)控制發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)電機(jī)、點(diǎn)火、氣閥、油閥和油泵，其中轉(zhuǎn)速信號(hào)為頻率量，溫度采用熱電偶溫度傳感器、 起動(dòng)電機(jī)、點(diǎn)火、氣閥和油閥信號(hào)為開(kāi)關(guān)量輸出，油泵信號(hào)為模擬量輸出。采用普通PC機(jī)和旁通式適配器，就可以快速構(gòu)建微型渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)，并在PC機(jī)上開(kāi)展控制規(guī)律的研究。
權(quán)利要求
1.一種旁通式適配器，其特征在于包括DSP核心模塊、信號(hào)驅(qū)動(dòng)模塊和信號(hào)調(diào)理模塊，其中信號(hào)驅(qū)動(dòng)模塊包括輸入端分別與DSP核心模塊輸出端連接的光隔離電流放大模塊和電壓/電流變換模塊，信號(hào)調(diào)理模塊包括輸出端分別與DSP核心模塊輸入端連接的電阻 /電壓變換模塊、電平變換模塊、兩個(gè)光電隔離電平變換模塊和兩個(gè)電壓放大模塊。
2.一種基于權(quán)利要求1所述的旁通式適配器的航空發(fā)動(dòng)機(jī)快速原型控制方法，其特征是采用旁通式適配器和普通PC機(jī)構(gòu)成快速原型控制系統(tǒng)，PC機(jī)作為發(fā)動(dòng)機(jī)控制計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)控制，旁通式適配器以高速串口通訊的方式實(shí)現(xiàn)與發(fā)動(dòng)機(jī)控制計(jì)算機(jī)通訊，以旁通工作方式作為發(fā)動(dòng)機(jī)控制器的終端設(shè)備，實(shí)現(xiàn)傳感器信號(hào)的調(diào)理與采集，控制信號(hào)的輸出與驅(qū)動(dòng)，適配器的數(shù)據(jù)傳輸采取主/從實(shí)時(shí)邏輯。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于旁通式適配器的航空發(fā)動(dòng)機(jī)快速原型控制方法，其特征是所述的旁通式適配器是指適配器實(shí)現(xiàn)傳感器信號(hào)的調(diào)理與采集和控制信號(hào)輸出與驅(qū)動(dòng)，發(fā)動(dòng)機(jī)控制邏輯和算法由發(fā)動(dòng)機(jī)控制計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)，傳感器信號(hào)通過(guò)適配器采集后傳輸?shù)娇刂朴?jì)算機(jī)，控制指令先傳輸?shù)竭m配器，適配器對(duì)控制信號(hào)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)后送到執(zhí)行機(jī)構(gòu)；旁通工作方式是通過(guò)高速串口通訊實(shí)現(xiàn)的發(fā)動(dòng)機(jī)控制計(jì)算機(jī)將控制算法得到的控制量通過(guò)高速串口實(shí)時(shí)傳輸給適配器，適配器將采集到的傳感器反饋值通過(guò)高速串口實(shí)時(shí)傳輸給發(fā)動(dòng)機(jī)控制計(jì)算機(jī)。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于旁通式適配器的航空發(fā)動(dòng)機(jī)快速原型控制方法，其特征是所述適配器的數(shù)據(jù)傳輸?shù)闹?從實(shí)時(shí)邏輯如下控制計(jì)算機(jī)以主機(jī)方式工作，以定時(shí)的方式實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)控制邏輯，適配器以從機(jī)方式工作，通過(guò)實(shí)時(shí)串口在主機(jī)邏輯的驅(qū)動(dòng)下實(shí)現(xiàn)控制信號(hào)的輸出；適配器以小步長(zhǎng)采樣，實(shí)時(shí)獲取最新的控制反饋值，當(dāng)接收到主機(jī)的控制指令后，立即刷新控制輸出，并將最新的控制反饋值即時(shí)送到主機(jī)；主/從邏輯保證在發(fā)動(dòng)機(jī)快速原型控制系統(tǒng)中由于通訊帶來(lái)的延遲不超過(guò)一個(gè)通訊周期。
全文摘要
本發(fā)明公布了一種旁通式適配器及其航空發(fā)動(dòng)機(jī)快速原型控制方法，所述適配器包括DSP核心模塊、信號(hào)驅(qū)動(dòng)模塊和信號(hào)調(diào)理模塊。所述方法采用旁通式適配器和普通PC機(jī)構(gòu)成快速原型控制系統(tǒng)，PC機(jī)作為發(fā)動(dòng)機(jī)控制計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)控制，旁通式適配器以高速串口通訊的方式實(shí)現(xiàn)與發(fā)動(dòng)機(jī)控制計(jì)算機(jī)通訊，以旁通工作方式作為發(fā)動(dòng)機(jī)控制器的終端設(shè)備，實(shí)現(xiàn)傳感器信號(hào)的調(diào)理與采集，控制信號(hào)的輸出與驅(qū)動(dòng)，適配器的數(shù)據(jù)傳輸采取主/從實(shí)時(shí)邏輯。本發(fā)明使用方便，抗干擾能力強(qiáng)，實(shí)時(shí)性好。
文檔編號(hào)G05B17/02GK102183894SQ201110044559
公開(kāi)日2011年9月14日 申請(qǐng)日期2011年2月24日 優(yōu)先權(quán)日2011年2月24日
發(fā)明者于兵, 劉冬冬, 唐周軍, 張?zhí)旌? 黃向華 申請(qǐng)人:南京航空航天大學(xué)