一种航空活塞发动机起动过程控制方法及控制系统

本发明属于航空控制领域，尤其涉及一种航空活塞发动机起动过程控制方法及控制系统。

背景技术：

1、起动过程是航空活塞发动机运转的关键阶段，对阻风门和节气门开度的控制是该阶段控制的核心。阻风门的作用是在发动机起动过程中调节发动机的进气量，提高发动机的起动性能。节气门是控制发动机转速(输出功率)的阀门，在起动过程中根据发动机的运行状态合理控制节气门的开度可以提高起动效率，降低部件磨损。目前对二者的控制大多采用手动方式，起动过程依赖于操作人员的经验技巧及其对发动机运行状态的直观感知，对操作人员的要求较高。

2、为解决上述问题，专利号为cn103032205b的申请文件公开了一种自动阻风门数字化控制装置，由微处理器根据起动失败次数延长阻风门恢复时间实现发动机起动。也有通过将双金属材料用作执行机构实现阻风门自动调整的方案。但由于双金属材料对温度变化的响应性低，当发动机在温度较高的状态下再起动后，阻风门恢复时间会变长，导致燃油消耗过大。配备电子控制系统可以实现节气门开度的自动调节，但单一判断标准和固定控制策略并不能满足发动机在不同运行状态下的实时需求。

技术实现思路

1、发明目的：为了解决上述现有技术中存在的问题，本发明提供了一种航空活塞发动机起动过程控制方法及控制系统。

2、技术方案：本发明提供了一种航空活塞发动机起动过程控制方法，具体包括如下步骤：

3、步骤1：获取发动机转速，环境温度，冷却液温度和机油压力；

4、步骤2：采用模糊推理对环境温度、冷却液温度与环境温度之差和发动机转速进行推理计算，得到阻风门开度；

5、步骤3：采用模糊推理对所述机油压力和冷却液温度进行推理计算，得到目标转速；

6、步骤4：利用pid算法根据目标转速和发动机当前转速计算得到节气门开度。

7、进一步的，所述步骤2具体为：

8、步骤2.1：确定环境温度、冷却液温度与环境温度之差、发动机转速和阻风门开度的基本论域、模糊论域和模糊子集；

9、步骤2.2：将环境温度、冷却液温度与环境温度之差和发动机转速从基本论域映射到模糊论域中，得到模糊量；

10、步骤2.3：通过隶属度函数计算环境温度、冷却液温度与环境温度之差和发动机转速的模糊量隶属于各模糊子集的程度；

11、步骤2.4：根据隶属度函数的计算结果基于模糊规则推理每个阻风门开度模糊子集的隶属；

12、步骤2.5：根据每个阻风门开度模糊子集的隶属度，通过精确化过程得到阻风门开度模糊输出量；

13、步骤2.6：对阻风门开度的模糊输出量解模糊化得到阻风门开度。

14、进一步的，所述步骤2.1中环境温度的基本论域为[-30℃,40℃]，模糊论域为[-7,+7]，模糊子集为{-7,-5,-3,-1,+1,+3,+5,+7}，对应的语言值为{lb,lm,ls,lz,hz,hs,hm,hb}；所述冷却液温度与环境温度之差的基本论域为[0℃,70℃]，模糊论域为[-7,+7]，模糊子集为{-7,-5,-3,-1,+1,+3,+5,+7}，对应的语言值为{lb,lm,ls,lz,hz,hs,hm,hb}；所述发动机转速的基本论域为[700r/min,1200r/min]，模糊论域为[-1,+1]，模糊子集为{-1,+1}，设置对应的语言值为{l,h}；所述阻风门开度的基本论域为[0％,100％]，模糊论域为[-5,+5]，模糊子集为{-5,-3,-1,+1,+3,+5}，对应的语言值为{lb,ls,lz,hz,hs,hb}。

15、进一步的，所述步骤2.4中的模糊规则具体为：当发动机转速隶属于模糊子集{l}时模糊规则如下表1所示：

16、表1

17、

18、

19、当发动机转速隶属于模糊子集{h}时模糊规则如下表2所示：

20、表2

21、

22、进一步的，所述步骤3具体为：

23、步骤3.1：确定冷却液温度、机油压力和目标转速的基本论域、模糊论域和模糊子集；

24、步骤3.2：将冷却液温度、机油压力和目标转速从基本论域映射到模糊论域中，得到模糊量；

25、步骤3.3：通过隶属度函数计算冷却液温度、机油压力和目标转速的模糊量隶属于各模糊子集的程度；

26、步骤3.4：根据隶属度函数的计算结果基于模糊规则推理每个目标转速模糊子集的隶属度；

27、步骤3.5：根据每个目标转速模糊子集的隶属度，通过精确化过程得到目标转速的模糊输出量；

28、步骤3.6：对目标转速的模糊输出量解模糊化得到目标转速；

29、步骤3.7：利用pid控制器根据目标转速和发动机当前转速计算得到节气门开度。

30、进一步的，所述基本论域和模糊论域的映射关系如下：

31、

32、其中，x为基本论域中的值，y为x在模糊论域的映射，n为模糊论域的最大值，a为基本论域的最小值，b为基本论域的最大值。

33、进一步的，所述采用如下公式进行解模糊化：

34、

35、式中，y为解模糊结果，u为模糊输出量，ymax和ymin分别为解模糊结果的最大值和最小值，umax和umin分别为模糊输出量的最大值和最小值。

36、进一步的，所述冷却液温度的基本论域为[0℃,50℃]，模糊论域为[-5,+5]，模糊子集为{-5,-3,-1,+1,+3,+5}，对应的语言值为{lb,ls,lz,hz,hs,hb}；所述机油压力的基本论域为[2bar,3bar]，模糊论域为[-1,+1]，模糊子集为{-1,+1}，对应的语言值为{l,h}；所述目标转速的基本论域为[1400r/min 2300r/min]，模糊论域为[-3,+3]，模糊子集为{-3,-1,+1,+3},对应的语言值为{lb,ls,hs,hb}。

37、进一步的，步骤3.4中的模糊规则如表3所示：

38、表3

39、

40、一种航空活塞发动机起动过程控制方法的控制系统，其特征在于，包括数据采集单元、目标转速模糊推理器、阻风门开度模糊推理器、pid控制器和驱动执行单元；

41、所述数据采集单元获取传感器信号，处理计算得到环境温度、发动机转速、冷却液温度和机油压力；

42、所述阻风门开度模糊推理器根据环境温度，发动机转速和冷却温度计算到阻风门开度，

43、所述目标转速模糊推理器根据冷却液温度和机油压力计算得到目标转速；

44、所述pid控制器根据目标转速和发动机当前转速计算得到节气门开度。

45、有益效果：

46、1.本发明在发动机起动过程中基于模糊推理动态调节阻风门和节气门开度，发动机的进气量能够根据发动机转速、冷却液温度和机油压力得到实时优化，提高了发动机起动性能。

47、2.本发明无需人为调节阻风门和节气门开度就可控制发动机从冷机状态进入怠速状态，减轻了操作人员的负担，提高了发动机的起动效率，降低了人为误操作的可能性。

48、3.本发明在计算阻风门开度时，将环境温度纳入考虑，使发动机在任何温度条件下都能实现自动起动，具有较好的环境适应性和可靠性。

49、4.本发明无需对发动机结构进行改动即可实现，结构简单，可应用于不同厂家、型号的航空活塞发动机。