【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)涉及機(jī)械自動(dòng)化，具體涉及一種雙余度變距槳扇發(fā)動(dòng)機(jī)余度切換方法。
技術(shù)介紹
1、槳扇發(fā)動(dòng)機(jī)(propfan)是一種結(jié)合了渦槳發(fā)動(dòng)機(jī)(turboprop)與渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)(turbofan)特點(diǎn)的一種新型高亞音速發(fā)動(dòng)機(jī)。被視為世界上最具前景的飛機(jī)推進(jìn)系統(tǒng)之一。
2、槳扇發(fā)動(dòng)機(jī)為了在同樣飛行狀態(tài)下獲得更大的推進(jìn)力，槳距角通常可以調(diào)節(jié)。采用電靜液作動(dòng)系統(tǒng)的槳葉變距技術(shù)是近年來(lái)槳葉伺服作動(dòng)的優(yōu)選方案。電靜液作動(dòng)器具有功率大、易冗余等優(yōu)點(diǎn)。與液壓作動(dòng)器(hydraulic?actuator,ha)相比可以避免閥芯堵塞等故障，與機(jī)電作動(dòng)器(electro-mechanical?actuator,ema)相比可以有效避免機(jī)械傳動(dòng)結(jié)構(gòu)卡死故障。電靜液作動(dòng)器同時(shí)具備液壓驅(qū)動(dòng)和電驅(qū)動(dòng)等特點(diǎn)，設(shè)計(jì)過(guò)程中采用eha作動(dòng)器提高整體變距作動(dòng)系統(tǒng)可靠性和安全性。同時(shí)為了提高系統(tǒng)可靠性，采用冗余技術(shù)，采用相似余度雙電靜液作動(dòng)器主動(dòng)/備份驅(qū)動(dòng)槳扇發(fā)動(dòng)機(jī)槳距角變化。這種雙余度電靜液作動(dòng)器的槳葉變距技術(shù)具有更高可靠性和安全性，是未來(lái)實(shí)現(xiàn)槳扇發(fā)動(dòng)機(jī)槳葉變槳距角控制的優(yōu)選技術(shù)方案。
3、雙余度電靜液作動(dòng)器變距工作中正常工作情況為一個(gè)作動(dòng)器主動(dòng)工作，另一個(gè)作動(dòng)器備份工作，通過(guò)閥使備份作動(dòng)器作動(dòng)筒隨動(dòng)，備份作動(dòng)器電機(jī)并不工作。當(dāng)檢測(cè)到主動(dòng)電靜液作動(dòng)器故障發(fā)生時(shí)，如電機(jī)卡阻或傳感器故障，通過(guò)閥控使主動(dòng)電靜液作動(dòng)器作動(dòng)筒隨動(dòng)，斷開(kāi)主動(dòng)eha電機(jī)信號(hào)，切換為備份eha工作，通過(guò)備份eha電機(jī)帶動(dòng)作動(dòng)筒工作，完成變槳距角等相關(guān)任務(wù)。
4、現(xiàn)有
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、本專利技術(shù)的目的是提供一種雙余度變距槳扇發(fā)動(dòng)機(jī)余度切換方法，以解決現(xiàn)有技術(shù)中的不足，它能夠解決雙余度變距系統(tǒng)故障檢測(cè)判斷與作動(dòng)系統(tǒng)切換問(wèn)題。專利技術(shù)首先對(duì)主動(dòng)電靜液作動(dòng)器工況進(jìn)行觀測(cè)，設(shè)計(jì)了一種基于卡爾曼濾波的方式對(duì)主動(dòng)電靜液作動(dòng)器工況進(jìn)行預(yù)測(cè)估計(jì)。并設(shè)計(jì)自適應(yīng)閾值對(duì)作動(dòng)系統(tǒng)的故障與否進(jìn)行判斷。同時(shí)通過(guò)對(duì)于電靜液作動(dòng)器中換向閥控制實(shí)現(xiàn)主動(dòng)與備份電靜液作動(dòng)器之間的切換。完成了雙余度變距槳扇發(fā)動(dòng)機(jī)的余度切換。實(shí)現(xiàn)對(duì)于故障情況的即時(shí)檢測(cè)分析，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了主動(dòng)備份作動(dòng)器之間的快速切換，識(shí)別與切換過(guò)程總時(shí)間小于0.2秒。
2、本專利技術(shù)提供了一種雙余度變距槳扇發(fā)動(dòng)機(jī)余度切換方法，其中，包括以下步驟，
3、s1，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)主動(dòng)變距電靜液作動(dòng)器的槳距角；
4、s2，計(jì)算槳距角的自適應(yīng)閾值；
5、s3，根據(jù)槳距角與自適應(yīng)閾值的關(guān)系判斷是否出現(xiàn)故障；
6、s4，在出現(xiàn)故障時(shí)，切換備份電靜液作動(dòng)器。
7、如上所述的雙余度變距槳扇發(fā)動(dòng)機(jī)余度切換方法，其中，可選的是，步驟s2包括以下步驟，
8、s21，根據(jù)預(yù)先構(gòu)建的槳距角狀態(tài)空間模型，將理想狀態(tài)下槳距角輸出與實(shí)際測(cè)量的槳距角結(jié)合，預(yù)測(cè)下一時(shí)刻輸出的實(shí)際槳距角；
9、s22，根據(jù)槳距角預(yù)測(cè)值和測(cè)量值，計(jì)算自適應(yīng)閾值。
10、如上所述的雙余度變距槳扇發(fā)動(dòng)機(jī)余度切換方法，其中，可選的是，步驟s21中，通過(guò)卡爾曼濾波將理想狀態(tài)下槳距角輸出與槳距角的測(cè)量值相互結(jié)合，對(duì)實(shí)際系統(tǒng)下一時(shí)刻輸出的實(shí)際槳距角進(jìn)行預(yù)測(cè)。
11、如上所述的雙余度變距槳扇發(fā)動(dòng)機(jī)余度切換方法，其中，可選的是，步驟s3包括，將主動(dòng)變距電靜液作動(dòng)器的槳距角的實(shí)際輸出與槳距角的測(cè)量值作差后取絕對(duì)值，判斷該絕對(duì)值對(duì)是否大于自適應(yīng)閾值，如果是，則出現(xiàn)故障，如果否，則未出現(xiàn)故障。
12、如上所述的雙余度變距槳扇發(fā)動(dòng)機(jī)余度切換方法，其中，可選的是，s22中，自適應(yīng)閾值的計(jì)算公式為，
13、w(k)＝ψtη(uk)±2.2φtσ2(uk)|u；
14、其中，ψt為外部影響下的均值的修正值，φt為外部影響下的方差的修正值，η(uk)為輸入u在k時(shí)刻的殘差的均值。
15、如上所述的雙余度變距槳扇發(fā)動(dòng)機(jī)余度切換方法，其中，可選的是，φt＝1，由多次采樣得到，j為采樣次數(shù)。
16、如上所述的雙余度變距槳扇發(fā)動(dòng)機(jī)余度切換方法，其中，可選的是，槳距角狀態(tài)空間模型為，
17、
18、
19、其中，參數(shù)更新過(guò)程為：
20、
21、
22、
23、其中，aβ,bβ,cβ為狀態(tài)矩陣，uk為k時(shí)刻系統(tǒng)的輸入向量，yk為系統(tǒng)k時(shí)刻輸出值，即為槳距角k時(shí)刻測(cè)量值，為k時(shí)刻槳距角預(yù)測(cè)值，表示由k-1時(shí)刻槳距角計(jì)算值；pk為k時(shí)刻估計(jì)得到的最優(yōu)值的協(xié)方差，pk-1為k-1時(shí)刻估計(jì)得到的最優(yōu)值的協(xié)方差，為由k-1時(shí)刻計(jì)算得到k時(shí)刻最優(yōu)值協(xié)方差；q為預(yù)估誤差協(xié)方差，r為測(cè)量噪聲的協(xié)方差，kk是指k時(shí)刻最優(yōu)估計(jì)協(xié)方差矩陣跡最小時(shí)候的卡爾曼增益。
24、如上所述的雙余度變距槳扇發(fā)動(dòng)機(jī)余度切換方法，其中，可選的是，狀態(tài)矩陣通過(guò)構(gòu)建整體理想狀態(tài)下傳遞函數(shù)后采用matlab系統(tǒng)辨識(shí)工具箱得到。
25、如上所述的雙余度變距槳扇發(fā)動(dòng)機(jī)余度切換方法，其中，可選的是，步驟s4還包括在未出現(xiàn)故障時(shí)，控制備份電靜液作動(dòng)器隨主電靜液作動(dòng)器空轉(zhuǎn)。
26、如上所述的雙余度變距槳扇發(fā)動(dòng)機(jī)余度切換方法，其中，可選的是，自適應(yīng)閾值的期望與方差為，
27、
28、
29、其中，η(uk)為輸入u在k時(shí)刻的殘差的均值，σ2(uk)為輸入u在k時(shí)刻的殘差的方差，n為重復(fù)運(yùn)行并測(cè)量殘差的次數(shù)；r(k)表示k時(shí)刻槳距角預(yù)測(cè)值與測(cè)量值的差值。
30、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本專利技術(shù)能夠及時(shí)對(duì)槳扇發(fā)動(dòng)機(jī)變距控制作動(dòng)系統(tǒng)故障情況進(jìn)行判斷，并能夠迅速進(jìn)行切換，完成故障主動(dòng)電靜液作動(dòng)器到備份電靜液作動(dòng)器的切換過(guò)程。專利技術(shù)對(duì)槳扇發(fā)動(dòng)機(jī)變距作動(dòng)器進(jìn)行故障檢測(cè)，并通過(guò)自適應(yīng)故障閾值的設(shè)計(jì)，保證置信度為97％。同時(shí)，通過(guò)仿真實(shí)驗(yàn)證明，專利技術(shù)能夠在0.2s實(shí)現(xiàn)對(duì)于主備電靜液作動(dòng)系統(tǒng)的故障診斷與切換，切換過(guò)程中槳距角波動(dòng)不超過(guò)5％，具有較小的故障切換造成的干擾。
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1.一種雙余度變距槳扇發(fā)動(dòng)機(jī)余度切換方法，其特征在于：包括以下步驟，
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙余度變距槳扇發(fā)動(dòng)機(jī)余度切換方法，其特征在于：步驟S2包括以下步驟，
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的雙余度變距槳扇發(fā)動(dòng)機(jī)余度切換方法，其特征在于：步驟S21中，通過(guò)卡爾曼濾波將理想狀態(tài)下槳距角輸出與槳距角的測(cè)量值相互結(jié)合，對(duì)實(shí)際系統(tǒng)下一時(shí)刻輸出的實(shí)際槳距角進(jìn)行預(yù)測(cè)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的雙余度變距槳扇發(fā)動(dòng)機(jī)余度切換方法，其特征在于：步驟S3包括，將主動(dòng)變距電靜液作動(dòng)器的槳距角的實(shí)際輸出與槳距角的測(cè)量值作差后取絕對(duì)值，判斷該絕對(duì)值對(duì)是否大于自適應(yīng)閾值，如果是，則出現(xiàn)故障，如果否，則未出現(xiàn)故障。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的雙余度變距槳扇發(fā)動(dòng)機(jī)余度切換方法，其特征在于：S22中，自適應(yīng)閾值的計(jì)算公式為，
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的雙余度變距槳扇發(fā)動(dòng)機(jī)余度切換方法，其特征在于：φT＝1，由多次采樣得到，j為采樣次數(shù)。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的雙余度變距槳扇發(fā)動(dòng)機(jī)余度切換方法，其特征在于：槳距角狀態(tài)空間模型為，
8.根據(jù)
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙余度變距槳扇發(fā)動(dòng)機(jī)余度切換方法，其特征在于：步驟S4還包括在未出現(xiàn)故障時(shí)，控制備份電靜液作動(dòng)器隨主電靜液作動(dòng)器空轉(zhuǎn)。
10.根據(jù)權(quán)利要求1-9任一項(xiàng)所述的雙余度變距槳扇發(fā)動(dòng)機(jī)余度切換方法，其特征在于：自適應(yīng)閾值的期望與方差為，
...【技術(shù)特征摘要】
1.一種雙余度變距槳扇發(fā)動(dòng)機(jī)余度切換方法，其特征在于：包括以下步驟，
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙余度變距槳扇發(fā)動(dòng)機(jī)余度切換方法，其特征在于：步驟s2包括以下步驟，
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的雙余度變距槳扇發(fā)動(dòng)機(jī)余度切換方法，其特征在于：步驟s21中，通過(guò)卡爾曼濾波將理想狀態(tài)下槳距角輸出與槳距角的測(cè)量值相互結(jié)合，對(duì)實(shí)際系統(tǒng)下一時(shí)刻輸出的實(shí)際槳距角進(jìn)行預(yù)測(cè)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的雙余度變距槳扇發(fā)動(dòng)機(jī)余度切換方法，其特征在于：步驟s3包括，將主動(dòng)變距電靜液作動(dòng)器的槳距角的實(shí)際輸出與槳距角的測(cè)量值作差后取絕對(duì)值，判斷該絕對(duì)值對(duì)是否大于自適應(yīng)閾值，如果是，則出現(xiàn)故障，如果否，則未出現(xiàn)故障。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的雙余度變距槳扇發(fā)動(dòng)機(jī)余度切換方法，其特征在于...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：王興堅(jiān)，王啟揚(yáng)，樊思明，王少萍，石存，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：天目山實(shí)驗(yàn)室，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：
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