电动泵控制系统设计
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摘要
20世纪70年代以来,数百千克以下级的小型航空武器和军民用小型航空飞行平台首先在发达国家发展起来,迄今为止,已有几十年的历史。涡喷发动机具有加速快、设计简便等优点,是较早实用化的喷气发动机类型。在当今军用飞行器和导弹向无人化、小型化和微型化发展趋势的带动下,微型涡喷发动机越来越受到重视。
传统的涡喷发动机控制系统一直由液压机械式和气动机械式调节器实现,其燃油控制系统也是由附带的机械装置来实现的。但由于小型和微型涡喷发动机的结构与使用特点,其供油不可能采用传统大发动机通过附件带动油泵的供油方案。
本文针对某微型涡喷发动机的控制要求,对其燃油供油控制系统进行设计。论文首先分析涡喷发动机的供油控制方式和电动燃油泵用于微型发动机供油的发展现状及趋势,参考国外同类发动机的供油控制方法,设计了永磁有刷直流伺服电机带动内啮合齿轮泵的发动机电动供油系统。
通过分析电动燃油泵工作机理,本文选择双极性H型桥式可逆PWM(脉冲宽度调节)驱动电路作为电动燃油泵中直流伺服电动机的驱动方案,采用电压负反馈电流补偿控制替代转速负反馈形成的闭环控制系统作为电机转速控制方案。然后,在建立直流伺服电机、双极式运行的PWM转换电路和电压负反馈电流补偿环节等数学模型的基础上,用数字递推PID控制算法设计出电动燃油泵控制系统的控制器,最终建立起电压负反馈电流补偿调速系统的数学模型,并在MATLAB的Simulink环境下对其进行了仿真分析。基于所设计的系统,本文采用PHILIPS公司83C552单片机为主控芯片,设计出双极性H型桥式PWM电机驱动控制硬件系统,详细介绍了系统各组成部分(控制器、驱动电路、反馈电路等组成)的工作原理及电路设计过程。
最后,在所设计制作的样板上对系统进行初步原理试验论证,结果表明所设计的电动燃油泵供油控制系统可满足发动机的供油要求。
From 1970s, small military aviation and aviation platforms under several hundreds gram are first developed in the developed countries. So far, several decades elapse. Turbojet engines have some advantages, such as, accelerating fast, designing simply, which is most suitable for the earliest practical use of the jet engine types. In the development trend of modern military aircraft and missile is going to be unmanned, small and micro, micro - turbojet engine is being taken more and more importance.
Turbojet engine control system has traditionally been realized by the mechanical and hydraulic-mechanical pneumatic regulator, its fuel control system is achieved by a mechanical device attached to the engine. However, according to the structural and applying characteristics of the small or micro-turbojet engine, its oil supply scheme can not be realized by the traditional annex pumps of the engine.
According to the control request of some type miniature turbojet engine, its oil supply control system was designed in this paper. We first analyzed the oil supply control methods of turbojet engine and the present development situation and tendency of the electrical fuel pump using in the miniature engine oil supply system. Referring overseas similar engine oil supply control methods, we designed electrically operated oil supply system by using brush permanent magnet direct-current servo motor meshing the gear pump.
Analyzing the electrical fuel pump working mechanism, we chose bipolar H bridge type PWM converter as the driving scheme of the DC servo motor in the electrical fuel pump, and used the entire closed-loop control system, which was formed by the voltage negative feedback electric current compensate control system replacing the traditional speed negative feedback, as the control scheme of the motor. Then we established the voltage negative feedback electric current compensate control system mathematical model based on the mathematical models of the DC servo motor, the bipolar H bridge PWM converter and the voltage negative feedback electric current compensate control element, and designed the controller of electrical fuel pump control system by using the PID control method, and simulating the control system in the Simulink environment of MATLAB software.
Based on the designed system, bipolar H bridge type PWM (pulse width modulation) motor-driven control hardware system was designed, which was used 83C552 MCU produced by PHILIPS Corporation as its master control chip. Meanwhile the principle and circuit designs of each constituent of the system (such as controller, driving circuit, and feedback circuit) were introduced in the paper in detail.
Finally we made the principle test on the sample circuit board, the result showed that the control system of the electrical fuel pump oil supply system, which was designed by us, could meet the oil feed needs of the engine.
传统的涡喷发动机控制系统一直由液压机械式和气动机械式调节器实现,其燃油控制系统也是由附带的机械装置来实现的。但由于小型和微型涡喷发动机的结构与使用特点,其供油不可能采用传统大发动机通过附件带动油泵的供油方案。
本文针对某微型涡喷发动机的控制要求,对其燃油供油控制系统进行设计。论文首先分析涡喷发动机的供油控制方式和电动燃油泵用于微型发动机供油的发展现状及趋势,参考国外同类发动机的供油控制方法,设计了永磁有刷直流伺服电机带动内啮合齿轮泵的发动机电动供油系统。
通过分析电动燃油泵工作机理,本文选择双极性H型桥式可逆PWM(脉冲宽度调节)驱动电路作为电动燃油泵中直流伺服电动机的驱动方案,采用电压负反馈电流补偿控制替代转速负反馈形成的闭环控制系统作为电机转速控制方案。然后,在建立直流伺服电机、双极式运行的PWM转换电路和电压负反馈电流补偿环节等数学模型的基础上,用数字递推PID控制算法设计出电动燃油泵控制系统的控制器,最终建立起电压负反馈电流补偿调速系统的数学模型,并在MATLAB的Simulink环境下对其进行了仿真分析。基于所设计的系统,本文采用PHILIPS公司83C552单片机为主控芯片,设计出双极性H型桥式PWM电机驱动控制硬件系统,详细介绍了系统各组成部分(控制器、驱动电路、反馈电路等组成)的工作原理及电路设计过程。
最后,在所设计制作的样板上对系统进行初步原理试验论证,结果表明所设计的电动燃油泵供油控制系统可满足发动机的供油要求。
From 1970s, small military aviation and aviation platforms under several hundreds gram are first developed in the developed countries. So far, several decades elapse. Turbojet engines have some advantages, such as, accelerating fast, designing simply, which is most suitable for the earliest practical use of the jet engine types. In the development trend of modern military aircraft and missile is going to be unmanned, small and micro, micro - turbojet engine is being taken more and more importance.
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According to the control request of some type miniature turbojet engine, its oil supply control system was designed in this paper. We first analyzed the oil supply control methods of turbojet engine and the present development situation and tendency of the electrical fuel pump using in the miniature engine oil supply system. Referring overseas similar engine oil supply control methods, we designed electrically operated oil supply system by using brush permanent magnet direct-current servo motor meshing the gear pump.
Analyzing the electrical fuel pump working mechanism, we chose bipolar H bridge type PWM converter as the driving scheme of the DC servo motor in the electrical fuel pump, and used the entire closed-loop control system, which was formed by the voltage negative feedback electric current compensate control system replacing the traditional speed negative feedback, as the control scheme of the motor. Then we established the voltage negative feedback electric current compensate control system mathematical model based on the mathematical models of the DC servo motor, the bipolar H bridge PWM converter and the voltage negative feedback electric current compensate control element, and designed the controller of electrical fuel pump control system by using the PID control method, and simulating the control system in the Simulink environment of MATLAB software.
Based on the designed system, bipolar H bridge type PWM (pulse width modulation) motor-driven control hardware system was designed, which was used 83C552 MCU produced by PHILIPS Corporation as its master control chip. Meanwhile the principle and circuit designs of each constituent of the system (such as controller, driving circuit, and feedback circuit) were introduced in the paper in detail.
Finally we made the principle test on the sample circuit board, the result showed that the control system of the electrical fuel pump oil supply system, which was designed by us, could meet the oil feed needs of the engine.
引文
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