專利名稱：航空發(fā)動(dòng)機(jī)地面智能調(diào)節(jié)起動(dòng)電源的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種航空發(fā)動(dòng)機(jī)地面智能調(diào)節(jié)起動(dòng)電源，實(shí)現(xiàn)了航空發(fā)動(dòng)機(jī)地面起動(dòng)電源的智能調(diào)節(jié)和起動(dòng)的最優(yōu)化，屬于發(fā)動(dòng)機(jī)控制技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
航空發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速由零增至慢車轉(zhuǎn)速的過程稱之為起動(dòng)過程。發(fā)動(dòng)機(jī)的起動(dòng)工作十分曲折，需要各個(gè)組成部分(起動(dòng)電源、點(diǎn)火、供油、起動(dòng)電機(jī)等)需要相互配合才行。其中起動(dòng)電源十分重要，它為起動(dòng)電機(jī)提供電力，帶動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)由轉(zhuǎn)速零逐步升速到慢車狀態(tài)，它對整個(gè)起動(dòng)過程的平穩(wěn)、可靠性能都有重要的影響。傳統(tǒng)的起動(dòng)電源構(gòu)成如圖2所示，它由AC-DC(交流-直流)開關(guān)電源(簡稱電源)和起動(dòng)箱組成。起動(dòng)箱內(nèi)包含時(shí)序控制繼電器、接觸器Kl和K2及限流電阻R。電源將交流電變頻整流為直流28V提供給起動(dòng)箱；起動(dòng)箱跨接在電源和起動(dòng)電機(jī)中間，它接收起動(dòng)系統(tǒng)發(fā)出的起動(dòng)信號后，時(shí)序控制繼電器開始工作。首先它閉合Kl接觸器，將電阻R串接在電源和起動(dòng)電機(jī)之間，其作用是限制電機(jī)的起動(dòng)電流；幾秒鐘后接觸器K2閉合，隨后 Kl打開并將起動(dòng)電阻R被切除。這時(shí)電源28V電壓全部加在電機(jī)上，加快了起動(dòng)過程。但此時(shí)因發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速不高，起動(dòng)電機(jī)反電動(dòng)勢很小，起動(dòng)電機(jī)電樞會(huì)出現(xiàn)很大的尖峰電流；大約十秒鐘后，發(fā)動(dòng)機(jī)供油、點(diǎn)火，燃?xì)猱a(chǎn)生的能量與起動(dòng)電機(jī)一起拖動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)升速；幾十秒鐘后，當(dāng)達(dá)到一定的轉(zhuǎn)速后，時(shí)序繼電器動(dòng)作將K2打開，切斷了電源與電機(jī)聯(lián)系，只有燃?xì)馔苿?dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)繼續(xù)加速，待轉(zhuǎn)速達(dá)到慢車狀態(tài)時(shí)起動(dòng)過程結(jié)束。上面的起動(dòng)方式由于切除電阻R產(chǎn)生尖峰電流，會(huì)對發(fā)動(dòng)機(jī)齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)帶來很大的沖擊載荷；起動(dòng)系統(tǒng)按照時(shí)序順序控制，沒有電流、轉(zhuǎn)速反饋，屬于開環(huán)控制，不能保障起動(dòng)過程轉(zhuǎn)速的平穩(wěn)，起動(dòng)容易失敗。尤其當(dāng)環(huán)境變化時(shí)，它不能調(diào)整升速曲線，使得起動(dòng)特性變壞，不能實(shí)現(xiàn)最優(yōu)化起動(dòng)。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于提供一種航空發(fā)動(dòng)機(jī)地面智能調(diào)節(jié)起動(dòng)電源，本實(shí)用新型采用使用電源控制器控制的AC-DC連續(xù)調(diào)壓電源作為起動(dòng)電源，能消除原起動(dòng)電源由于切除串聯(lián)電阻R出現(xiàn)尖峰電流對發(fā)動(dòng)機(jī)齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)沖擊的損害；另外引入轉(zhuǎn)速和電流雙閉環(huán)反饋機(jī)制，它能夠有效地保證起動(dòng)過程的平穩(wěn)性；同時(shí)加入環(huán)境參數(shù)(溫度、濕度、海拔高度等)對發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)的影響，自動(dòng)計(jì)算并修正最佳升速曲線，使得起動(dòng)過程可靠，提升發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)的成功率。本實(shí)用新型的技術(shù)方案具體如下一種航空發(fā)動(dòng)機(jī)地面智能調(diào)節(jié)起動(dòng)電源，由電源控制器、AC-DC可調(diào)壓電源、電流傳感器及轉(zhuǎn)速傳感器組成，其中電源控制器是本設(shè)備的核心，它完成起動(dòng)電源的控制流程的實(shí)現(xiàn)。電源控制器采用ARM內(nèi)核的片上系統(tǒng)(SOC，System on Chip)作為核心控制單元。 SOC上有豐富的接口，它的輸入DI接收外部發(fā)出的起動(dòng)控制信號和停車控制信號、輸出DO控制繼電器輸出進(jìn)而接通或切斷起動(dòng)電機(jī)的供電、模擬輸入AD將反饋的電流和電壓信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號供電源控制器判斷和控制、模擬輸出DA則是輸出電壓信號以控制可調(diào)電源輸出可變化的電壓、脈沖計(jì)數(shù)輸入則接收轉(zhuǎn)速的脈沖信號、串行通信接口 COM則接收外部提供的溫度、海拔高度和濕度信息，來調(diào)整起動(dòng)過程。所述的SOC上還包括繼電器。所述的電源控制器與可調(diào)壓電源相連，可調(diào)壓電源進(jìn)一步通過接觸器與起動(dòng)電機(jī)相連；電流傳感器及轉(zhuǎn)速傳感器分別與發(fā)動(dòng)機(jī)和電源控制器相連；電源控制器接收起動(dòng)控制信號，按照控制規(guī)律，輸出DA模擬量送到可調(diào)壓電源作為它的輸入，可調(diào)壓電源按照這個(gè)控制輸入， 輸出可變的電壓提供給起動(dòng)電機(jī)，帶動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)；同時(shí)經(jīng)過電流傳感器和轉(zhuǎn)速傳感器，將發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速和起動(dòng)電流信號采集回來作為反饋，SOC將自動(dòng)調(diào)節(jié)輸出的電壓；在起動(dòng)過程中，引入電流反饋，起動(dòng)電流將始終被限制在某個(gè)數(shù)值下，不會(huì)出現(xiàn)尖峰電流；轉(zhuǎn)速反饋可以使起動(dòng)的轉(zhuǎn)速平穩(wěn)上升，起動(dòng)過程轉(zhuǎn)速始終處在良好狀態(tài)，有利于發(fā)動(dòng)機(jī)的起動(dòng)成功。 電源控制器接收外部傳感器給出的環(huán)境參數(shù)(溫度、濕度和海拔高度)對起動(dòng)過程有直接的影響，使用環(huán)境參數(shù)修正過的起動(dòng)曲線，可實(shí)現(xiàn)最佳起動(dòng)。電源控制器中的光電隔離電路起到阻隔電源控制器與外部起動(dòng)停車控制、環(huán)境參數(shù)的輸入信號和電流/電壓輸出信號的電氣連接，增強(qiáng)抗干擾能力。信號調(diào)理電路將則將電流傳感器反饋信號變換成SOC能夠識別和采集的模擬量，同時(shí)信號調(diào)理電路將電壓輸出信號經(jīng)過電路調(diào)理到0 IOV范圍，提供給可變電源作為控制輸入。繼電器則接受起動(dòng)命令，當(dāng)繼電器閉合時(shí)，接觸器線圈通電接觸器閉合，起動(dòng)開始；當(dāng)繼電器打開時(shí)，接觸器線圈斷電接觸器打開，起動(dòng)結(jié)束。本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)1、使用智能調(diào)節(jié)的起動(dòng)電源，自動(dòng)連續(xù)地調(diào)節(jié)輸出電壓，實(shí)現(xiàn)了發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)不存在尖峰電流，避免了對發(fā)動(dòng)機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)的沖擊，從而有效提高發(fā)動(dòng)機(jī)安全性和可靠性。2、采用轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速技術(shù)，保證了起動(dòng)過程轉(zhuǎn)速平穩(wěn)，顯著地提高了發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)的成功率；3、綜合考慮了環(huán)境因素對起動(dòng)過程的影響，按照修正過的最佳升速曲線實(shí)現(xiàn)了航空發(fā)動(dòng)機(jī)地面起動(dòng)智能化和起動(dòng)過程最優(yōu)化。4、新的起動(dòng)電源采用AC-DC技術(shù)輸出可調(diào)節(jié)電壓，技術(shù)成熟可靠、功率因數(shù)高、體積小。


以下結(jié)合附圖，對本實(shí)用新型的技術(shù)方案做進(jìn)一步的說明。本實(shí)用新型一種航空發(fā)動(dòng)機(jī)地面智能調(diào)節(jié)起動(dòng)電源，如圖1、3所示，航空發(fā)動(dòng)機(jī)智能調(diào)節(jié)起動(dòng)電源由電源控制器、AC-DC可調(diào)壓電源、電流傳感器及轉(zhuǎn)速傳感器等組成。電源控制器接收發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)的起動(dòng)信號、停車信號等，并獲取環(huán)境溫度、濕度和海拔高度變量。電源控制器內(nèi)部使用ARM SOC (System On Chip，片上系統(tǒng))構(gòu)成嵌入式信息處理和控制系統(tǒng)。其中電源控制器是本設(shè)備的核心，它完成起動(dòng)電源的控制流程的實(shí)現(xiàn)。電源控制器采用ARM內(nèi)核的片上系統(tǒng)(SOC，System on Chip)作為核心控制單元。 SOC上有豐富的接口，它的輸入DI接收外部發(fā)出的起動(dòng)控制信號和停車控制信號、輸出DO 控制繼電器輸出進(jìn)而接通或切斷起動(dòng)電機(jī)的供電、模擬輸入AD將反饋的電流和電壓信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號供電源控制器判斷和控制、模擬輸出DA則是輸出電壓信號以控制可調(diào)電源輸出可變化的電壓、脈沖計(jì)數(shù)輸入則接收轉(zhuǎn)速的脈沖信號、串行通信接口 COM則接收外部提供的溫度、海拔高度和濕度信息，來調(diào)整起動(dòng)過程。所述的電源控制器與可調(diào)壓電源相連，可調(diào)壓電源進(jìn)一步通過接觸器與起動(dòng)電機(jī)相連；電流傳感器及轉(zhuǎn)速傳感器分別與發(fā)動(dòng)機(jī)和電源控制器相連；電源控制器接收起動(dòng)控制信號，按照控制規(guī)律，輸出DA模擬量送到可調(diào)壓電源作為它的輸入，可調(diào)壓電源按照這個(gè)控制輸入，輸出可變的電壓提供給起動(dòng)電機(jī)，帶動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)；同時(shí)經(jīng)過電流傳感器和轉(zhuǎn)速傳感器，將發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速和起動(dòng)電流信號采集回來作為反饋，SOC將自動(dòng)調(diào)節(jié)輸出的電壓；在起動(dòng)過程中，引入電流反饋，起動(dòng)電流將始終被限制在某個(gè)數(shù)值下，不會(huì)出現(xiàn)尖峰電流；轉(zhuǎn)速反饋可以使起動(dòng)的轉(zhuǎn)速平穩(wěn)上升，起動(dòng)過程轉(zhuǎn)速始終處在良好狀態(tài)，有利于發(fā)動(dòng)機(jī)的起動(dòng)成功。電源控制器接收外部傳感器給出的環(huán)境參數(shù)(溫度、濕度和海拔高度)對起動(dòng)過程有直接的影響，使用環(huán)境參數(shù)修正過的起動(dòng)曲線，可實(shí)現(xiàn)最佳起動(dòng)。電源控制器中的光電隔離電路(如圖5、6、7所示)起到阻隔電源控制器與外部起動(dòng)停車控制、環(huán)境參數(shù)的輸入信號和電流/電壓輸出信號的電氣連接，增強(qiáng)抗干擾能力。信號調(diào)理電路(如圖8、9所示)將則將電流傳感器反饋信號變換成 SOC能夠識別和采集的模擬量(0 3. 3V范圍)，同時(shí)信號調(diào)理電路將電壓輸出信號(0 3. 3V)經(jīng)過電路調(diào)理到0 IOV范圍，提供給可變電源作為控制輸入。繼電器則接受起動(dòng)命令，當(dāng)繼電器閉合時(shí)，接觸器線圈通電接觸器閉合，起動(dòng)開始；當(dāng)繼電器打開時(shí)，接觸器線圈斷電接觸器打開，起動(dòng)結(jié)束。如圖4所示，電源控制器接收到起動(dòng)信號后，電源控制器提供過繼電器閉合接觸器K，起動(dòng)開始。電源控制器綜合環(huán)境變量進(jìn)行計(jì)算選擇最佳的升速曲線，這個(gè)升速曲線保證發(fā)動(dòng)機(jī)能夠平穩(wěn)可靠地起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)，并使得起動(dòng)電流是沒有尖峰。電源控制器按照最佳升速曲線的需求輸出電壓控制信號給可調(diào)壓電源，可調(diào)壓電源按照控制量輸出連續(xù)可調(diào)電壓，起動(dòng)開始時(shí)電壓由低向高逐漸上升平滑過渡，避免了原有控制切換電阻出現(xiàn)尖峰電流問題，消除了對發(fā)動(dòng)機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)的沖擊。當(dāng)轉(zhuǎn)速達(dá)到點(diǎn)火轉(zhuǎn)速后，電源控制器輸出起動(dòng)狀態(tài)信號給發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)系統(tǒng)，使得發(fā)動(dòng)機(jī)供油、點(diǎn)火裝置開始工作，發(fā)動(dòng)機(jī)本身發(fā)出功率進(jìn)一步帶動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)加快升速，待上升到某一個(gè)轉(zhuǎn)速后，發(fā)動(dòng)機(jī)已經(jīng)能夠自運(yùn)轉(zhuǎn)，電源控制器切斷K 可調(diào)壓電源不再供電，將起動(dòng)電機(jī)與發(fā)動(dòng)機(jī)脫離。進(jìn)一步加大供油量后，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速提速到慢速狀態(tài)，起動(dòng)過程結(jié)束。在起動(dòng)過程中，轉(zhuǎn)速傳感器和電流傳感器始終采集轉(zhuǎn)速和電流， 并將采集的數(shù)據(jù)反饋到電源控制器里，電源控制器根據(jù)升速曲線的轉(zhuǎn)速要求和轉(zhuǎn)速反饋值比較，計(jì)算出控制量的大小輸出給可調(diào)電源，從而始終保證起動(dòng)轉(zhuǎn)速平穩(wěn)，按照最佳升速曲線起動(dòng)，實(shí)現(xiàn)了起動(dòng)的最優(yōu)化。同時(shí)，電流反饋采集值與升速曲線要求的電流設(shè)定比較，進(jìn)行電流調(diào)節(jié)，保障起動(dòng)開始轉(zhuǎn)速較低時(shí)，電流不會(huì)產(chǎn)生尖峰。轉(zhuǎn)速不斷上升時(shí)，電流基本保持較大值并且恒定，為發(fā)動(dòng)機(jī)提供大的起動(dòng)力矩，它有利于縮短起動(dòng)時(shí)間。 此航空發(fā)動(dòng)機(jī)地面起動(dòng)電源采用可調(diào)壓電源輸出的電壓由低到高平滑過渡，實(shí)現(xiàn)了發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)過程的無極調(diào)壓起動(dòng)過程，不存在尖峰電流，避免了對發(fā)動(dòng)機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)的機(jī)械沖擊，從而有效提高發(fā)動(dòng)機(jī)安全性和可靠性；轉(zhuǎn)速、電流反饋的引入保證起動(dòng)過程轉(zhuǎn)速按照最佳升速曲線平穩(wěn)上升，顯著地提高了地面起動(dòng)的成功率；起動(dòng)電源還考慮了環(huán)境(溫度、濕度、海拔高度等)對起動(dòng)的影響，起動(dòng)電源自動(dòng)擇起動(dòng)的最佳升速曲線，做到了智能化起動(dòng)。
權(quán)利要求1.一種航空發(fā)動(dòng)機(jī)地面智能調(diào)節(jié)起動(dòng)電源，其特征在于該起動(dòng)電源包括電源控制器、AC-DC可調(diào)壓電源、電流傳感器及轉(zhuǎn)速傳感器；電源控制器采用ARM內(nèi)核的片上系統(tǒng)即SOC作為核心控制單元；所述的電源控制器與可調(diào)壓電源相連，可調(diào)壓電源進(jìn)一步通過接觸器與起動(dòng)電機(jī)相連；電流傳感器及轉(zhuǎn)速傳感器分別與發(fā)動(dòng)機(jī)和電源控制器相連；所述的SOC上有豐富的接口，具體包括輸入DI、輸出DO、模擬輸入AD、模擬輸出DA、脈沖計(jì)數(shù)輸入、串行通信接口 COM ；所述的SOC上還包括繼電器。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種航空發(fā)動(dòng)機(jī)地面智能調(diào)節(jié)起動(dòng)電源，其特征在于該電源控制器進(jìn)一步包括光電隔離電路、信號調(diào)理電路。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種航空發(fā)動(dòng)機(jī)地面智能調(diào)節(jié)起動(dòng)電源，包括電源控制器、AC-DC可調(diào)壓電源、電流傳感器及轉(zhuǎn)速傳感器；電源控制器采用ARM內(nèi)核的片上系統(tǒng)即SOC作為核心控制單元；所述的電源控制器與可調(diào)壓電源相連，可調(diào)壓電源進(jìn)一步通過接觸器與起動(dòng)電機(jī)相連；電流傳感器及轉(zhuǎn)速傳感器分別與發(fā)動(dòng)機(jī)和電源控制器相連；電源控制器接收起動(dòng)控制信號，按照控制規(guī)律，輸出DA模擬量送到可調(diào)壓電源作為它的輸入，可調(diào)壓電源按照這個(gè)控制輸入，輸出可變的電壓提供給起動(dòng)電機(jī)，帶動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)；同時(shí)經(jīng)過電流傳感器和轉(zhuǎn)速傳感器，將發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速和起動(dòng)電流信號采集回來作為反饋，SOC將自動(dòng)調(diào)節(jié)輸出的電壓。
文檔編號H02M7/02GK201994861SQ201120000510
公開日2011年9月28日 申請日期2011年1月4日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月4日
發(fā)明者萬科, 宋滿祥, 李寶安, 潘寧民, 蔡萬華 申請人:北京航空航天大學(xué)