[发明专利]一种基于嵌入式系统的燃气流量调节控制装置

说明书

技术领域

本发明属于自动控制领域，具体涉及一种基于嵌入式系统的燃气流量调节控制装置，用于控制固冲发动机燃气流量调节器碟片的转动，改变发动机喷管喉部面积以达到调节空燃比。

背景技术

为保证燃气流量调节器的通用性和可移植性，燃气流量调节控制装置安装在燃气流量调节器的内部，以闭环形式实现燃气流量调节器的高精度控制，一般能达到秒级。燃气流量调节器的动态特性依赖于产生的燃气、自由容积和阀门动作，并且在燃气流量调节过程中存在负调特性：当期望燃气流量减少时，快速增大燃气发生器喷喉面积，燃气流量先减小再增大至预期的调节值；反之亦然。为保证燃气流量调节器的动态特性，一般要求燃气流量调节控制装置能时时动态响应各参数变化，并给出控制规律，控制执行机构做出响应。

国内固冲发动机燃气流量调节技术研究起步较晚，从调研情况来看，航天科技四院开展了相关项目的研究。由于流量调节控制装置与阀体结构、材料选型、燃气类型、速度和高度等紧密相关，仅仅靠有限的试验和理论模拟难以产生立竿见影的效果。目前国内研究还处于初级阶段。

国外对燃气流调节器的研究与固冲发动机的研制是同步进行的，取得了丰硕的成果，其中许多成果已应用于现役导弹中。美国从上世纪七十年代中后期进行了大量的固体冲压发动机改进试验，其中燃气流调节控制是其中的重要内容，其研究成果已广泛用于固冲发动机。同属西方的法国、德国关于燃气流量调节控制的研究与美国几乎同时展开，成功地应用在法、德合作研制的固冲发动机上。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于嵌入式系统的燃气流量调节控制装置，这种装置固定在燃气流量调节器内，用于控制固冲发动机燃气流量调节器碟片的转动，改变发动机喷管喉部面积以达到调节空燃比。

本发明的技术方案：本发明的一种基于嵌入式系统的燃气流量调节控制装置包括ARM控制器、步进电机驱动器、CAN驱动器、步进电机角度检测反馈系统，其特征在于：ARM控制器与步进电机驱动器连接，ARM控制器通过CAN驱动器与固冲发动机控制系统连接；ARM控制器包括主程序模块、中断控制模块、控制表模块、隶属函数模块、模糊PID模块、PID模块；

主程序模块：根据固冲发动机控制系统给出的控制燃气流量调节器碟片所需调节的角度值与步进电机角度检测反馈系统的角度反馈值比较，向步进电机驱动器发出指令，控制阀门调节器碟片旋转角度，从而控制燃气流量；

中断控制模块：给出主程序输出控制信号和反馈信号的标识；

模糊PID模块：模糊PID控制器以角度偏差e和角度偏差变化率ec作为输入量，计算 Kp：比例函数、Ki：积分函数、Kd：微分函数作为模糊控制器输出值；

PID模块：计算出角度偏差e，再根据模糊PID输出的Kp、Ki、Kd计算步进电机控制脉冲输出量；

隶属函数模块：包括对应各角度偏差值的e、ec、Kp、Ki、Kd的隶属函数控制曲线图；

控制规则表模块：根据多次反复试验对比，确定的模糊PID控制规则表放在控制规则表模块中，每条控制规则中包括对应角度偏差值的e、ec、Kp、Ki、Kd值。

所述的步进电机角度检测反馈系统包括旋转变压器，旋转变压器与步进电机同轴连接，旋转变压器通过旋转数字转换器、电平转换芯片与ARM控制器连接；

所述的隶属函数模块中隶属函数选用三角形函数，e、ec、Kp、Ki、Kd隶属函数的横坐标为各参数的论域，纵坐标为各参数的取值；隶属函数曲线斜率确定：模糊PID模块中模糊PID算法采用7个语言变量，即负大NB、负中NM、负小NS、零Z0、正小PS、正中PM、正大PB；角度偏差e的基本论域为[-emax,+emax]，角度偏差变化率ec的基本论域为[-ecmax,+ecmax]；若实际值超过基本论域，都取为基本论域边界值；对应7个语言变量，论域取为[-3，-2，-0，0，1，2，3]，根据论域值可计算出e和ec的比例因子，公式如下：

Ke=3e max---(1)]]>