航空發動機地面智能調節起動電源的製作方法
2023-06-06 04:11:46
專利名稱：航空發動機地面智能調節起動電源的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種航空發動機地面智能調節起動電源，實現了航空發動機地面起動 電源的智能調節和起動的最優化，屬於發動機控制技術領域。
背景技術：
航空發動機轉速由零增至慢車轉速的過程稱之為起動過程。發動機的起動工作十 分曲折，需要各個組成部分(起動電源、點火、供油、起動電機等)需要相互配合才行。其中起 動電源十分重要，它為起動電機提供電力，帶動發動機由轉速零逐步升速到慢車狀態，它對 整個起動過程的平穩、可靠性能都有重要的影響。
傳統的起動電源構成如圖2所示，它由AC-DC (交流-直流)開關電源(簡稱電源) 和起動箱組成。起動箱內包含時序控制繼電器、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提供給起動箱；起動箱跨接在電源和起動電機中間，它接收起動系 統發出的起動信號後，時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 電源和起動電機之間，其作用是限制電機的起動電流；幾秒鐘後接觸器K2閉合，隨後Kl打 開並將起動電阻R被切除。這時電源^V電壓全部加在電機上，加快了起動過程。但此時 因發動機轉速不高，起動電機反電動勢很小，起動電機電樞會出現很大的尖峰電流；大約十 秒鐘後，發動機供油、點火，燃氣產生的能量與起動電機一起拖動發動機升速；幾十秒鐘後， 當達到一定的轉速後，時序繼電器動作將K2打開，切斷了電源與電機聯繫，只有燃氣推動 發動機繼續加速，待轉速達到慢車狀態時起動過程結束。
上面的起動方式由於切除電阻R產生尖峰電流，會對發動機齒輪傳動系統帶來很 大的衝擊載荷；起動系統按照時序順序控制，沒有電流、轉速反饋，屬於開環控制，不能保障 起動過程轉速的平穩，起動容易失敗。尤其當環境變化時，它不能調整升速曲線，使得起動 特性變壞，不能實現最優化起動。發明內容
本發明的目的在於提供一種航空發動機地面智能調節起動電源，本發明採用使用 電源控制器控制的AC-DC連續調壓電源作為起動電源，能消除原起動電源由於切除串聯電 阻R出現尖峰電流對發動機齒輪傳動系統衝擊的損害；另外引入轉速和電流雙閉環反饋機 制，它能夠有效地保證起動過程的平穩性；同時加入環境參數(溫度、溼度、海拔高度等)對 發動機起動的影響，自動計算並修正最佳升速曲線，使得起動過程可靠，提升發動機起動的 成功率。
本發明的技術方案具體如下一種航空發動機地面智能調節起動電源，由電源控 制器、AC-DC可調壓電源、電流傳感器及轉速傳感器組成，其中電源控制器是本設備的核心， 它完成起動電源的控制流程的實現。
電源控制器採用ARM內核的片上系統(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接收外部發出的起動控制信號和停車控制信號、輸出DO控制繼電器輸出進而接通或切斷起動電機的供電、模擬輸入AD將反饋的電流和電壓信號 轉換成數位訊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電 源輸出可變化的電壓、脈衝計數輸入則接收轉速的脈衝信號、串行通信接口 COM則接收外 部提供的溫度、海拔高度和溼度信息，來調整起動過程。所述的電源控制器與可調壓電源相 連，可調壓電源進一步通過接觸器與起動電機相連；電流傳感器及轉速傳感器分別與發動 機和電源控制器相連；電源控制器接收起動控制信號，按照控制規律，輸出DA模擬量送到 可調壓電源作為它的輸入，可調壓電源按照這個控制輸入，輸出可變的電壓提供給起動電 機，帶動發動機起動；同時經過電流傳感器和轉速傳感器，將發動機的轉速和起動電流信號 採集回來作為反饋，SOC將自動調節輸出的電壓；在起動過程中，引入電流反饋，起動電流 將始終被限制在某個數值下，不會出現尖峰電流；轉速反饋可以使起動的轉速平穩上升，起 動過程轉速始終處在良好狀態，有利於發動機的起動成功。電源控制器接收外部傳感器給 出的環境參數(溫度、溼度和海拔高度)對起動過程有直接的影響，使用環境參數修正過的 起動曲線，可實現最佳起動。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 動停車控制、環境參數的輸入信號和電流/電壓輸出信號的電氣連接，增強抗幹擾能力。信 號調理電路將則將電流傳感器反饋信號變換成SOC能夠識別和採集的模擬量，同時信號調 理電路將電壓輸出信號經過電路調理到(TlOV範圍，提供給可變電源作為控制輸入。繼電 器則接受起動命令，當繼電器閉合時，接觸器線圈通電接觸器閉合，起動開始；當繼電器打 開時，接觸器線圈斷電接觸器打開，起動結束。
本發明的優點1、使用智能調節的起動電源，自動連續地調節輸出電壓，實現了發動機起動不存在尖 峰電流，避免了對發動機傳動系統的衝擊，從而有效提高發動機安全性和可靠性。
2、採用轉速、電流雙閉環調速技術，保證了起動過程轉速平穩，顯著地提高了發動 機起動的成功率。
3、綜合考慮了環境因素對起動過程的影響，按照修正過的最佳升速曲線實現了航 空發動機地面起動智能化和起動過程最優化。
4、新的起動電源採用AC-DC技術輸出可調節電壓，技術成熟可靠、功率因數高、體 積小。
圖1所示為本發明航空發動機地面智能調節起動電源示意圖。
圖2所示為傳統通用航空發動機地面電起動電源示意圖。
圖3所示為本發明航空發動地面機智能調節起動電源示意圖。
圖4所示為本發明航空發動機地面智能調節起動電源工作流程圖。
圖5所示為本發明的光電隔離電路的電路原理圖之一。
圖6所示為本發明的光電隔離電路的電路原理圖之二。
圖7所示為本發明的光電隔離電路的電路原理圖之三。
圖8所示為本發明的信號調理電路的電路原理圖之一。
圖9所示為本發明的信號調理電路的電路原理圖之二。
具體實施方式
下面結合附圖，對本發明的技術方案做進一步的說明。
本發明一種航空發動機地面智能調節起動電源，如圖1、3所示，航空發動機智能 調節起動電源由電源控制器、AC-DC可調壓電源、電流傳感器及轉速傳感器等組成。電源 控制器接收發動機控制系統的起動信號、停車信號等，並獲取環境溫度、溼度和海拔高度變 量。電源控制器內部使用ARM SOC(System On Chip,片上系統)構成嵌入式信息處理和控 制系統。其中電源控制器是本設備的核心，它完成起動電源的控制流程的實現。
電源控制器採用ARM內核的片上系統(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接收外部發出的起動控制信號和停車控制信號、輸出DO 控制繼電器輸出進而接通或切斷起動電機的供電、模擬輸入AD將反饋的電流和電壓信號 轉換成數位訊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電 源輸出可變化的電壓、脈衝計數輸入則接收轉速的脈衝信號、串行通信接口 COM則接收外 部提供的溫度、海拔高度和溼度信息，來調整起動過程。所述的電源控制器與可調壓電源相 連，可調壓電源進一步通過接觸器與起動電機相連；電流傳感器及轉速傳感器分別與發動 機和電源控制器相連；電源控制器接收起動控制信號，按照控制規律，輸出DA模擬量送到 可調壓電源作為它的輸入，可調壓電源按照這個控制輸入，輸出可變的電壓提供給起動電 機，帶動發動機起動；同時經過電流傳感器和轉速傳感器，將發動機的轉速和起動電流信號 採集回來作為反饋，SOC將自動調節輸出的電壓；在起動過程中，引入電流反饋，起動電流 將始終被限制在某個數值下，不會出現尖峰電流；轉速反饋可以使起動的轉速平穩上升，起 動過程轉速始終處在良好狀態，有利於發動機的起動成功。電源控制器接收外部傳感器給 出的環境參數(溫度、溼度和海拔高度)對起動過程有直接的影響，使用環境參數修正過的 起動曲線，可實現最佳起動。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停車控制、環境參數的輸入信號和電流/電壓輸出信號的電氣連接， 增強抗幹擾能力。信號調理電路(如圖8、9所示)將則將電流傳感器反饋信號變換成SOC能 夠識別和採集的模擬量((Γ3. 3V範圍)，同時信號調理電路將電壓輸出信號((Γ3. 3V)經過 電路調理到(TlOV範圍，提供給可變電源作為控制輸入。繼電器則接受起動命令，當繼電器 閉合時，接觸器線圈通電接觸器閉合，起動開始；當繼電器打開時，接觸器線圈斷電接觸器 打開，起動結束。
如圖4所示，電源控制器接收到起動信號後，電源控制器提供過繼電器閉合接觸 器K，起動開始。電源控制器綜合環境變量進行計算選擇最佳的升速曲線，這個升速曲線保 證發動機能夠平穩可靠地起動發動機，並使得起動電流是沒有尖峰。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壓電源，可調壓電源按照控制量輸出連續可調電 壓，起動開始時電壓由低向高逐漸上昇平滑過渡，避免了原有控制切換電阻出現尖峰電流 問題，消除了對發動機傳動系統的衝擊。當轉速達到點火轉速後，電源控制器輸出起動狀態 信號給發動機起動系統，使得發動機供油、點火裝置開始工作，發動機本身發出功率進一步 帶動發動機加快升速，待上升到某一個轉速後，發動機已經能夠自運轉，電源控制器切斷K 可調壓電源不再供電，將起動電機與發動機脫離。進一步加大供油量後，發動機轉速提速到 慢速狀態，起動過程結束。在起動過程中，轉速傳感器和電流傳感器始終採集轉速和電流， 並將採集的數據反饋到電源控制器裡，電源控制器根據升速曲線的轉速要求和轉速反饋值比較，計算出控制量的大小輸出給可調電源，從而始終保證起動轉速平穩，按照最佳升速曲 線起動，實現了起動的最優化。同時，電流反饋採集值與升速曲線要求的電流設定比較，進 行電流調節，保障起動開始轉速較低時，電流不會產生尖峰。轉速不斷上升時，電流基本保 持較大值並且恆定，為發動機提供大的起動力矩，它有利於縮短起動時間。
此航空發動機地面起動電源採用可調壓電源輸出的電壓由低到高平滑過渡，實現 了發動機起動過程的無極調壓起動過程，不存在尖峰電流，避免了對發動機傳動系統的機 械衝擊，從而有效提高發動機安全性和可靠性；轉速、電流反饋的引入保證起動過程轉速 按照最佳升速曲線平穩上升，顯著地提高了地面起動的成功率；起動電源還考慮了環境(溫 度、溼度、海拔高度等)對起動的影響，起動電源自動擇起動的最佳升速曲線，做到了智能化 起動。
權利要求
1.一種航空發動機地面智能調節起動電源，其特徵在於該起動電源包括電源控制 器、AC-DC可調壓電源、電流傳感器及轉速傳感器；電源控制器採用ARM內核的片上系統即SOC作為核心控制單元；所述的電源控制器 與可調壓電源相連，可調壓電源進一步通過接觸器與起動電機相連；電流傳感器及轉速傳 感器分別與發動機和電源控制器相連；電源控制器接收起動控制信號，按照控制規律，輸出 DA模擬量送到可調壓電源作為它的輸入，可調壓電源按照這個控制輸入，輸出可變的電壓 提供給起動電機，帶動發動機起動；同時經過電流傳感器和轉速傳感器，將發動機的轉速和 起動電流信號採集回來作為反饋，SOC將自動調節輸出的電壓；所述的SOC上有豐富的接口，它的輸入DI接收外部發出的起動控制信號和停車控制 信號、輸出DO控制繼電器輸出進而接通或切斷起動電機的供電、模擬輸入AD將反饋的電流 和電壓信號轉換成數位訊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 控制可調電源輸出可變化的電壓、脈衝計數輸入則接收轉速的脈衝信號、串行通信接口 COM 則接收外部提供的溫度、海拔高度和溼度信息，來調整起動過程；SOC上的繼電器接受起動 命令，當繼電器閉合時，接觸器線圈通電接觸器閉合，起動開始；當繼電器打開時，接觸器線 圈斷電接觸器打開，起動結束。
2.根據權利要求1所述的一種航空發動機地面智能調節起動電源，其特徵在於該電 源控制器進一步包括光電隔離電路、信號調理電路；光電隔離電路用於電源控制器與外部 起動停車控制、環境參數的輸入信號和電流/電壓輸出信號的電氣連接，增強抗幹擾能力； 信號調理電路將則將電流傳感器反饋信號變換成SOC能夠識別和採集的模擬量，同時信號 調理電路將電壓輸出信號經過電路調理到(TlOV範圍，提供給可變電源作為控制輸入。
全文摘要
本發明公開了一種航空發動機地面智能調節起動電源，包括電源控制器、AC-DC可調壓電源、電流傳感器及轉速傳感器；電源控制器採用ARM內核的片上系統即SOC作為核心控制單元；所述的電源控制器與可調壓電源相連，可調壓電源進一步通過接觸器與起動電機相連；電流傳感器及轉速傳感器分別與發動機和電源控制器相連；電源控制器接收起動控制信號，按照控制規律，輸出DA模擬量送到可調壓電源作為它的輸入，可調壓電源按照這個控制輸入，輸出可變的電壓提供給起動電機，帶動發動機起動；同時經過電流傳感器和轉速傳感器，將發動機的轉速和起動電流信號採集回來作為反饋，SOC將自動調節輸出的電壓。
文檔編號H02P1/28GK102035405SQ20111000031
公開日2011年4月27日 申請日期2011年1月4日 優先權日2011年1月4日
發明者萬科, 宋滿祥, 李寶安, 潘寧民, 蔡萬華 申請人:北京航空航天大學