[发明专利]旁通式适配器及其航空发动机快速原型控制方法

说明书

技术领域

本发明用于航空发动机的控制系统实验研究，以满足快速建立发动机电子控制系统原型的要求，属于航空发动机控制技术领域。航空发动机电子控制系统的快速原型实验需要快速构建一个方便调试控制规律的环境，对传感器信号进行调理和采集，并输出电流信号驱动执行机构。

背景技术

在航空发动机电子控制系统的研制过程中，采用快速原型控制系统的方法能节约成本，并大大加快产品进度。快速原型控制是指在产品开发的初期，通过快速地建立控制对象和控制器模型，对相应的控制模型或控制算法进行多次离线和在线的试验来验证控制系统软硬件方案的可行性。

航空发动机电子控制器担负着对飞行环境和发动机工作状态的采集、控制逻辑和算法的处理、控制指令的放大和驱动等重要任务，它具有任务复杂、实时性强、可靠性要求高等特点，因此其研制周期长。采用快速原型控制技术可以极大地提高开发效率和研究水平，克服传统的基于实际物理平台的设计方法耗时长、成本昂贵和风险高的特点。

现有的快速原型技术采用的方法是：在工业控制计算机主板插槽插入数据采集卡实现信号驱动和调理功能。由于数据采集卡只能提供标准-10V～+10V或4～20mA信号，还必须研制额外的传感器信号调理和执行机构驱动电路。另外数据采集卡需要安装驱动程序。这种方案成本高，从计算机数据采集卡到信号调理与驱动电路传输的是模拟信号，传输距离有限，易受干扰。

发明内容

本发明目的在于解决现有的航空发动机快速原型控制系统中成本高、结构复杂、抗干扰能力差等问题，提供一种低成本、高效、抗干扰、应用简单的旁通式适配器及其航空发动机快速原型控制方法。

本发明为实现上述目的，采用如下技术方案：

本发明旁通式适配器，包括DSP核心模块、信号驱动模块和信号调理模块，其中信号驱动模块包括输入端分别与DSP核心模块输出端连接的光隔离电流放大模块和电压/电流变换模块，信号调理模块包括输出端分别与DSP核心模块输入端连接的电阻/电压变换模块、电平变换模块、两个光电隔离电平变换模块和两个电压放大模块。

旁通式适配器的航空发动机快速原型控制方法，其特征是：

采用旁通式适配器和普通PC机构成快速原型控制系统，PC机作为发动机控制计算机实现控制，旁通式适配器以高速串口通讯的方式实现与发动机控制计算机通讯，以旁通工作方式作为发动机控制器的终端设备，实现传感器信号的调理与采集，控制信号的输出与驱动，适配器的数据传输采取主/从实时逻辑。

所述的旁通式适配器是指适配器实现传感器信号的调理与采集和控制信号输出与驱动，发动机控制逻辑和算法由发动机控制计算机实现，传感器信号通过适配器采集后传输到控制计算机，控制指令先传输到适配器，适配器对控制信号进行驱动后送到执行机构；旁通工作方式是通过高速串口通讯实现的：发动机控制计算机将控制算法得到的控制量通过高速串口实时传输给适配器，适配器将采集到的传感器反馈值通过高速串口实时传输给发动机控制计算机；

所述适配器的数据传输的主/从实时逻辑如下：控制计算机以主机方式工作，以定时的方式实现实时控制逻辑，适配器以从机方式工作，通过实时串口在主机逻辑的驱动下实现控制信号的输出；适配器以小步长采样，实时获取最新的控制反馈值，当接收到主机的控制指令后，立即刷新控制输出，并将最新的控制反馈值即时送到主机；主/从逻辑保证在发动机快速原型控制系统中由于通讯带来的延迟不超过一个通讯周期。

本发明的优点

1）使用方便。发动机控制计算机通过串口线直接与适配器连接，适配器直接与传感器与执行机构连接，不需要接口板卡和安装驱动程序。控制程序的开发直接在发动机控制计算机上开发。

2）抗干扰能力强。采用高速串口在适配器和控制计算机中传输数字信号，传输距离远，抗干扰能力强。

3）实时性好。采用数据传输的主/从实时逻辑保证控制回路的实时性。

附图说明

附图1是航空发动机电子控制系统原理框图。

附图2是基于旁通式适配器的航空发动机快速原型控制系统框图。

附图3是旁通式适配器的组成原理框图。

附图4是数据传输的主/从实时逻辑流程图。

附图5是信号调理模块的原理框图。

附图6是信号驱动模块的原理框图。

附图7是基于旁通式适配器的微型涡喷发动机快速原型控制系统框图。

具体实施方式

下面结合图1-图6具体说明本发明的方法。