动力涡轮转速的动态目标控制方法及系统、设备、介质与流程

1.本发明涉及动力涡轮转速控制技术领域，特别地，涉及一种动力涡轮转速的动态目标控制方法及系统、电子设备、计算机可读取的存储介质。


背景技术：

2.目前，变转速涡轴发动机工作过程中与常规涡轴发动机一样，一般都采用动力涡轮转速恒定目标控制的方法，在进行加减速时，由于负载突然变化，发动机动力涡轮转速会偏离控制目标，涡轴发动机的数控系统会采用pid控制方法，根据动力涡轮实际转速与目标值的偏离量调节燃油流量，从而改变发动机输出功率来达到调节动力涡轮转速的目的。但是，在加减速过程中，负载变化和数控系统调节燃油流量存在时间差，并且发动机是一个比较大的惯性系统，燃油流量变化与发动机输出功率变化也存在一定的时间差，再加之发动机喘振裕度、温度限制、转速限制等条件和控制稳定性要求，燃油调节带来的功率变化一般难以及时满足负载变化要求，动力涡轮转速一般会出现超调或下垂，甚至会进入直升机或发动机不允许停留的转速区间，造成安全风险。
3.因此，现有变转速涡轴发动机由于采用动力涡轮转速恒定目标控制方法，控制目标转速未能根据当前实际转速进行实时调整，在加减速过程中，易出现动力涡轮超调量大或下垂量大的问题，使得发动机控制稳定性较差，甚至会引起动力涡轮转速剧烈震荡，进而引起旋翼转速波动的风险。另外，恒定目标控制方法也无法发挥变转速涡轴发动机的变转速优势。


技术实现要素：

4.本发明提供了一种动力涡轮转速的动态目标控制方法及系统、电子设备、计算机可读取的存储介质，以解决现有变转速涡轴发动机存在的控制稳定性差的技术问题。
5.根据本发明的一个方面，提供一种动力涡轮转速的动态目标控制方法，包括以下内容：
6.获取动力涡轮的实际转速和恒定目标转速；
7.计算恒定目标转速和实际转速的差值；
8.根据该差值判断是否满足动态目标控制条件，若不满足则采取恒定目标转速进行控制，若满足则采取动态目标转速进行控制，其中，在加速过程中，动态目标转速大于恒定目标转速，在减速过程中，动态目标转速小于恒定目标转速。
9.进一步地，当|
△
|≤|a|
×
δ时，则判定不满足动态目标控制条件，采取恒定目标转速进行控制；
10.当|
△
|＞|a|
×
δ时，则判定满足动态目标控制条件，采取动态目标转速进行控制；
11.其中，
△
＝n
pd-n
p
，
△
表示恒定目标转速和实际转速的差值，n
pd
表示恒定目标转速，n
p
表示实际转速，a表示动力涡轮的动态控制精度要求，δ表示精度修正系数，且0＜δ＜1。
12.进一步地，所述精度修正系数应大于动力涡轮的稳态控制精度要求与动态控制精
度要求的比值。
13.进一步地，采用下式确定动态目标转速：
[0014][0015]
其中，n
pt
表示动态目标转速，k表示动态修正系数，1＜k＜10。
[0016]
进一步地，所述动态修正系数与恒定目标转速和实际转速的差值的绝对值呈正相关。
[0017]
进一步地，具体采用下式计算动态修正系数：
[0018]
k＝2.5
×
|
△
|。
[0019]
进一步地，动态目标转速应满足以下条件：
[0020]npmin-|a|＜n
pt
＜n
pmax
+|a|
[0021]
其中，n
pmin
和n
pmax
分别表示动力涡轮转速的最小允许值和最大允许值。
[0022]
另外，本发明还提供一种动力涡轮转速的动态目标控制系统，采用如上所述的动态目标控制方法，包括：
[0023]
转速获取模块，用于获取动力涡轮的实际转速和恒定目标转速；
[0024]
差值计算模块，用于计算恒定目标转速和实际转速的差值；
[0025]
转速控制模块，用于根据该差值判断是否满足动态目标控制条件，若不满足则采取恒定目标转速进行控制，若满足则采取动态目标转速进行控制，其中，在加速过程中，动态目标转速大于恒定目标转速，在减速过程中，动态目标转速小于恒定目标转速。
[0026]
另外，本发明还提供一种电子设备，包括处理器和存储器，所述存储器中存储有计算机程序，所述处理器通过调用所述存储器中存储的所述计算机程序，用于执行如上所述的方法的步骤。
[0027]
另外，本发明还提供一种计算机可读取的存储介质，用于存储对动力涡轮转速进行动态目标控制的计算机程序，所述计算机程序在计算机上运行时执行如上所述的方法的步骤。
[0028]
本发明具有以下效果：
[0029]
本发明的动力涡轮转速的动态目标控制方法，先获取动力涡轮的实际转速和恒定目标转速，然后计算两者的差值，并根据差值判断是否满足动态目标控制条件，若不满足动态目标控制条件，意味着实际转速与恒定目标转速相差不大，即动力涡轮超调量或下垂量较小，此时，仍然采取恒定目标转速进行控制，即采用pid控制方法根据实际转速与恒定目标转速的偏移量调节燃油流量，从而将实际转速调节至恒定目标转速；而当满足动态目标控制条件时，意味着实际转速与恒定目标转速相差较大，即动力涡轮超调量或下垂量较大，此时，采取动态目标转速进行控制，并且在加速过程中，动态目标转速大于恒定目标转速，数控系统给定的燃油流量增加，使得动力涡轮加速更快，从而使得动力涡轮转速下垂量减小，而在减速过程中，动态目标转速小于恒定目标转速，数控系统给定的燃油流量减少，使得动力涡轮减速变慢，从而使得动力涡轮转速超调量减小。本发明的动力涡轮转速的动态目标控制方法，根据恒定目标转速和实际转速的差值来判断是否切换至动态目标控制，当
动力涡轮超调量或下垂量较小时则采取恒定目标控制，而当动力涡轮超调量或下垂量较大时则切换至动态目标控制，以减小加减速过程中的超调量或下垂量，同时兼顾了稳态工作过程和加减速过程的控制稳定性，提高了变转速涡轴发动机的控制稳定性，减小了旋翼转速在较大范围内波动的风险，并且充分发挥了变转速涡轴发动机的变转速优势。
[0030]
另外，本发明的动力涡轮转速的动态目标控制系统同样具有上述优点。
[0031]
除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本发明作进一步详细的说明。
附图说明
[0032]
构成本技术的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
[0033]
图1是本发明优选实施例的动力涡轮转速的动态目标控制方法的流程示意图。
[0034]
图2是本发明另一实施例的动力涡轮转速的动态目标控制系统的模块结构示意图。
具体实施方式
[0035]
以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由下述所限定和覆盖的多种不同方式实施。
[0036]
可以理解，如图1所示，本发明的优选实施例提供一种动力涡轮转速的动态目标控制方法，用于对变转速涡轴发动机的动力涡轮转速进行动态目标控制，包括以下内容：
[0037]
步骤s1：获取动力涡轮的实际转速和恒定目标转速；
[0038]
步骤s2：计算恒定目标转速和实际转速的差值；
[0039]
步骤s3：根据该差值判断是否满足动态目标控制条件，若不满足则采取恒定目标转速进行控制，若满足则采取动态目标转速进行控制，其中，在加速过程中，动态目标转速大于恒定目标转速，在减速过程中，动态目标转速小于恒定目标转速。
[0040]
可以理解，本实施例的动力涡轮转速的动态目标控制方法，先获取动力涡轮的实际转速和恒定目标转速，然后计算两者的差值，并根据差值判断是否满足动态目标控制条件，若不满足动态目标控制条件，意味着实际转速与恒定目标转速相差不大，即动力涡轮超调量或下垂量较小，此时，仍然采取恒定目标转速进行控制，即采用pid控制方法根据实际转速与恒定目标转速的偏移量调节燃油流量，从而将实际转速调节至恒定目标转速；而当满足动态目标控制条件时，意味着实际转速与恒定目标转速相差较大，即动力涡轮超调量或下垂量较大，此时，采取动态目标转速进行控制，并且在加速过程中，动态目标转速大于恒定目标转速，数控系统给定的燃油流量增加，使得动力涡轮加速更快，从而使得动力涡轮转速下垂量减小，而在减速过程中，动态目标转速小于恒定目标转速，数控系统给定的燃油流量减少，使得动力涡轮减速变慢，从而使得动力涡轮转速超调量减小。本发明的动力涡轮转速的动态目标控制方法，根据恒定目标转速和实际转速的差值来判断是否切换至动态目标控制，当动力涡轮超调量或下垂量较小时则采取恒定目标控制，而当动力涡轮超调量或下垂量较大时则切换至动态目标控制，以减小加减速过程中的超调量或下垂量，同时兼顾了稳态工作过程和加减速过程的控制稳定性，提高了变转速涡轴发动机的控制稳定性，减
小了旋翼转速在较大范围内波动的风险，并且充分发挥了变转速涡轴发动机的变转速优势。
[0041]
具体地，设定变转速涡轴发动机的动力涡轮转速允许变化范围为[n
pmin
，n
pmax
]，其中，n
pmin
表示最小允许值，n
pmax
表示最大允许值。首先，获取动力涡轮的实际转速n
p
和恒定目标转速n
pd
，然后计算恒定目标转速n
pd
和实际转速n
p
之间的差值δ，δ＝n
pd-n
p
。
[0042]
然后，根据差值δ判断是否满足动态目标控制条件，具体地，当|
△
|≤|a|
×
δ时，则判定不满足动态目标控制条件，采取恒定目标转速进行控制，而当|
△
|＞|a|
×
δ时，则判定满足动态目标控制条件，采取动态目标转速进行控制。其中，
△
＝n
pd-n
p
，
△
表示恒定目标转速和实际转速的差值，n
pd
表示恒定目标转速，n
p
表示实际转速，a表示动力涡轮的动态控制精度要求，δ表示精度修正系数，且0＜δ＜1。
[0043]
可以理解，当实际转速与恒定目标转速相差不大，即动力涡轮超调量或下垂量较小时，采用pid控制方法根据实际转速与恒定目标转速的偏移量调节燃油流量，从而将实际转速调节至恒定目标转速。而当实际转速与恒定目标转速相差较大，即动力涡轮超调量或下垂量较大时，此时若仍然采取恒定目标转速进行pid控制，由于燃油调节无法及时响应负载变化要求，动力涡轮转速会出现超调或下垂，使得发动机控制稳定性变差，因此，此时采取动态目标控制，使得转速控制目标根据动力涡轮实际转速进行调整，再采用pid控制方法根据实际转速与动态目标转速的偏移量调节燃油流量，以减小动力涡轮超调量或下垂量，从而提高发动机控制稳定性。
[0044]
其中，所述精度修正系数δ应大于动力涡轮的稳态控制精度要求与动态控制精度要求的比值，即其中，b表示动力涡轮的稳态控制精度要求，a表示动力涡轮的动态控制精度要求，对于变转速涡轴发动机，动力涡轮的稳态控制精度要求b与动态控制精度要求a一般为定值。本发明在动态目标控制条件中引入精度修正系数且使有两点作用，一个作用是保证动力涡轮转速按照恒定目标控制值n
pd
进行控制时具有足够宽广的工作范围，即使在工作过程中|
△
|稍大于稳态控制精度|b|时也是按照n
pd
进行控制；另一个作用是保证在动态调节过程中，动力涡轮转速控制能提前退出动态目标控制，使动态目标转速值n
pt
只在较大超调量和下垂量时起作用；从而进一步提高了发动机的控制稳定性。如果会存在两个问题，一个是|
△
|在稳态控制精度|b|以内时，即动力涡轮转速稍微变化，就可能切换至动态目标控制，从而影响发动机控制稳定性，另一个是在动态调节过程中，动力涡轮转速因δ较小而无法及时退出动态目标控制，也会影响发动机控制稳定性。
[0045]
另外，具体采用下式确定动态目标转速：
[0046]
[0047]
其中，n
pt
表示动态目标转速，k表示动态修正系数，1＜k＜10。
[0048]
可以理解，当-|a|
×
δ≤
△
≤|a|
×
δ时，动力涡轮的实际转速与恒定目标转速相差较小，即动力涡轮超调或下垂量较小，此时采用恒定目标转速控制即可。而当
△
＜-|a|
×
δ时，发动机处于快速减速状态，即此时n
p
＞n
pd
，为了使动力涡轮转速超调量尽可能小，故而使动态目标转速小于恒定目标转速，此时数控系统给定的燃油流量减少，使得动力涡轮减速变慢，从而使得动力涡轮转速超调量减小。而当
△
＞|a|
×
δ时，发动机处于快速加速状态，即此时n
p
＜n
pd
，为了使动力涡轮转速下垂量尽可能小，故而使动态目标转速大于恒定目标转速，此时数控系统给定的燃油流量增加，使得动力涡轮加速更快，从而使得动力涡轮转速下垂量减小。并且，动态目标转速与恒定目标转速相关联，以实现恒定目标控制和动态目标控制之间的平滑切换，兼顾了稳态工作过程和加减速过程的控制稳定性。
[0049]
可选地，所述动态修正系数k与恒定目标转速和实际转速的差值的绝对值呈正相关，差值的绝对值越大，动态修正系数越大，有利于实现动力涡轮转速的快速调节，从而缩短动态目标控制过程，以确保燃油调节快速响应负载变化需求，进一步提高了发动机的控制稳定性。作为优选的，为了实现动态目标转速根据差值|
△
|进行自适应更新，同时兼顾|
△
|和k的取值范围，具体采用下式计算动态修正系数：
[0050]
k＝2.5
×
|
△
|。
[0051]
另外，动态目标转速n
pt
应满足以下条件：
[0052]npmin-|a|＜n
pt
＜n
pmax
+|a|
[0053]
其中，n
pmin
和n
pmax
分别表示动力涡轮转速的最小允许值和最大允许值。
[0054]
另外，如图2所示，本发明的另一实施例还提供一种动力涡轮转速的动态目标控制系统，优选采用如上所述的动态目标控制方法，包括：
[0055]
转速获取模块，用于获取动力涡轮的实际转速和恒定目标转速；
[0056]
差值计算模块，用于计算恒定目标转速和实际转速的差值；
[0057]
转速控制模块，用于根据该差值判断是否满足动态目标控制条件，若不满足则采取恒定目标转速进行控制，若满足则采取动态目标转速进行控制，其中，在加速过程中，动态目标转速大于恒定目标转速，在减速过程中，动态目标转速小于恒定目标转速。
[0058]
可以理解，本实施例的动力涡轮转速的动态目标控制系统，先获取动力涡轮的实际转速和恒定目标转速，然后计算两者的差值，并根据差值判断是否满足动态目标控制条件，若不满足动态目标控制条件，意味着实际转速与恒定目标转速相差不大，即动力涡轮超调量或下垂量较小，此时，仍然采取恒定目标转速进行控制，即采用pid控制方法根据实际转速与恒定目标转速的偏移量调节燃油流量，从而将实际转速调节至恒定目标转速；而当满足动态目标控制条件时，意味着实际转速与恒定目标转速相差较大，即动力涡轮超调量或下垂量较大，此时，采取动态目标转速进行控制，并且在加速过程中，动态目标转速大于恒定目标转速，数控系统给定的燃油流量增加，使得动力涡轮加速更快，从而使得动力涡轮转速下垂量减小，而在减速过程中，动态目标转速小于恒定目标转速，数控系统给定的燃油流量减少，使得动力涡轮减速变慢，从而使得动力涡轮转速超调量减小。本发明的动力涡轮转速的动态目标控制系统，根据恒定目标转速和实际转速的差值来判断是否切换至动态目标控制，当动力涡轮超调量或下垂量较小时则采取恒定目标控制，而当动力涡轮超调量或下垂量较大时则切换至动态目标控制，以减小加减速过程中的超调量或下垂量，同时兼顾
了稳态工作过程和加减速过程的控制稳定性，提高了变转速涡轴发动机的控制稳定性，减小了旋翼转速在较大范围内波动的风险，并且充分发挥了变转速涡轴发动机的变转速优势。
[0059]
另外，本发明的另一实施例还提供一种电子设备，包括处理器和存储器，所述存储器中存储有计算机程序，所述处理器通过调用所述存储器中存储的所述计算机程序，用于执行如上所述的方法的步骤。
[0060]
另外，本发明的另一实施例还提供一种计算机可读取的存储介质，用于存储对动力涡轮转速进行动态目标控制的计算机程序，所述计算机程序在计算机上运行时执行如上所述的方法的步骤。
[0061]
一般计算机可读取存储介质的形式包括：软盘(floppy disk)、可挠性盘片(flexible disk)、硬盘、磁带、任何其与的磁性介质、cd-rom、任何其余的光学介质、打孔卡片(punch cards)、纸带(paper tape)、任何其余的带有洞的图案的物理介质、随机存取存储器(ram)、可编程只读存储器(prom)、可抹除可编程只读存储器(eprom)、快闪可抹除可编程只读存储器(flash-eprom)、其余任何存储器芯片或卡匣、或任何其余可让计算机读取的介质。指令可进一步被一传输介质所传送或接收。传输介质这一术语可包含任何有形或无形的介质，其可用来存储、编码或承载用来给机器执行的指令，并且包含数字或模拟通信信号或其与促进上述指令的通信的无形介质。传输介质包含同轴电缆、铜线以及光纤，其包含了用来传输一计算机数据信号的总线的导线。
[0062]
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
[0063]
本领域内的技术人员应明白，本技术的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本技术可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本技术可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、cd-rom、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。本技术实施例中的方案可以采用各种计算机语言实现，例如，面向对象的程序设计语言java和直译式脚本语言javascript等。
[0064]
本技术是参照根据本技术实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
[0065]
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
[0066]
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或
其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
[0067]
尽管已描述了本技术的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本技术范围的所有变更和修改。
[0068]
显然，本领域的技术人员可以对本技术进行各种改动和变型而不脱离本技术的精神和范围。这样，倘若本技术的这些修改和变型属于本技术权利要求及其等同技术的范围之内，则本技术也意图包含这些改动和变型在内。

技术特征：
1.一种动力涡轮转速的动态目标控制方法，适用于变转速涡轴发动机，其特征在于，包括以下内容：获取动力涡轮的实际转速和恒定目标转速；计算恒定目标转速和实际转速的差值；根据该差值判断是否满足动态目标控制条件，若不满足则采取恒定目标转速进行控制，若满足则采取动态目标转速进行控制，其中，在加速过程中，动态目标转速大于恒定目标转速，在减速过程中，动态目标转速小于恒定目标转速。2.如权利要求1所述的动力涡轮转速的动态目标控制方法，其特征在于，当|
△
|≤|a|
×
δ时，则判定不满足动态目标控制条件，采取恒定目标转速进行控制；当|
△
|＞|a|
×
δ时，则判定满足动态目标控制条件，采取动态目标转速进行控制；其中，
△
＝n
pd-n
p
，
△
表示恒定目标转速和实际转速的差值，n
pd
表示恒定目标转速，n
p
表示实际转速，a表示动力涡轮的动态控制精度要求，δ表示精度修正系数，且0＜δ＜1。3.如权利要求2所述的动力涡轮转速的动态目标控制方法，其特征在于，所述精度修正系数应大于动力涡轮的稳态控制精度要求与动态控制精度要求的比值。4.如权利要求3所述的动力涡轮转速的动态目标控制方法，其特征在于，采用下式确定动态目标转速：其中，n
pt
表示动态目标转速，k表示动态修正系数，1＜k＜10。5.如权利要求4所述的动力涡轮转速的动态目标控制方法，其特征在于，所述动态修正系数与恒定目标转速和实际转速的差值的绝对值呈正相关。6.如权利要求5所述的动力涡轮转速的动态目标控制方法，其特征在于，具体采用下式计算动态修正系数：k＝2.5
×
|
△
|。7.如权利要求4所述的动力涡轮转速的动态目标控制方法，其特征在于，动态目标转速应满足以下条件：n
pmin-|a|＜n
pt
＜n
pmax
+|a|其中，n
pmin
和n
pmax
分别表示动力涡轮转速的最小允许值和最大允许值。8.一种动力涡轮转速的动态目标控制系统，采用如权利要求1～7任一项所述的动态目标控制方法，其特征在于，包括：转速获取模块，用于获取动力涡轮的实际转速和恒定目标转速；差值计算模块，用于计算恒定目标转速和实际转速的差值；转速控制模块，用于根据该差值判断是否满足动态目标控制条件，若不满足则采取恒定目标转速进行控制，若满足则采取动态目标转速进行控制，其中，在加速过程中，动态目标转速大于恒定目标转速，在减速过程中，动态目标转速小于恒定目标转速。9.一种电子设备，其特征在于，包括处理器和存储器，所述存储器中存储有计算机程序，所述处理器通过调用所述存储器中存储的所述计算机程序，用于执行如权利要求1～7
任一项所述的方法的步骤。10.一种计算机可读取的存储介质，用于存储对动力涡轮转速进行动态目标控制的计算机程序，其特征在于，所述计算机程序在计算机上运行时执行如权利要求1～7任一项所述的方法的步骤。

技术总结
本发明公开了一种动力涡轮转速的动态目标控制方法及系统、设备、介质，所述动态目标控制方法根据变转速涡轴发动机动力涡轮的恒定目标转速和实际转速的差值来判断是否切换至动态目标控制，当动力涡轮超调量或下垂量较小时则采取恒定目标控制，而当动力涡轮超调量或下垂量较大时则切换至动态目标控制，以减小加减速过程中的超调量或下垂量，同时兼顾了稳态工作过程和加减速过程的控制稳定性，提高了变转速涡轴发动机的控制稳定性，减小了旋翼转速在较大范围内波动的风险，并且充分发挥了变转速涡轴发动机的变转速优势。速涡轴发动机的变转速优势。速涡轴发动机的变转速优势。


技术研发人员：陈飞阳 黄开明 段辉 杨芳 周勇 李维
受保护的技术使用者：中国航发湖南动力机械研究所
技术研发日：2023.04.17
技术公布日：2023/8/1