用于非对称机构补偿的双校正器的制作方法

本发明涉及电子阀调节，特别是阀的控制检查。

本发明具体应用于飞行器涡轮机，例如开放式转子。

本发明将在此上下文中进行描述，但是可应用于具有不希望的或无意的功能不对称的任何机构。

背景技术：

现有技术和申请人确定的问题的陈述

开放式转子是飞行器发动机，其结构由气体发生器和推进单元组成，推进单元配备有动力涡轮、螺旋桨齿轮箱(pgb)和一对无涵道反向旋转式变距螺旋桨。

向螺旋桨传递非常高的扭矩会导致高排热，这可以损坏pgb以及设计成在某些受限温度范围内运行的其他设备。

pgb既用油冷却又用油润滑。为了获得所需的温度，使用液压回路的三通阀来管理由水交换器冷却的油与未冷却的油之间的比率：

-在“0”停止位置(对应于0v命令)，回路出口处的油仅来自穿过交换器的油，

在“10”停止位置(对应于10v命令)，回路出口处的油未冷却，

中间位置对应于旁通油和冷却油之间的混合物。

为了满足发动机整个飞行包线的性能要求，已采用级联式调节：

-全局环路用于伺服控制泵上游的温度，并允许根据温度偏差t_cons-t_mes(使用传感器35获得)确定阀x_cons的位置设定点，

-局部环路用于伺服控制阀的位置。局部环路允许根据位置偏差x_e向阀传递控制信号x_com。

调节的结构如图1示意性所示(具有阀10和油路15)。下文将更详细地描述该图1。

然而，在使用中，申请人已注意到该阀不具有预期的响应特征。这将在下文介绍。

情境建模

首先，首先对阀的物理现实进行建模。为此目的，首先使用不同斜率的阶跃和斜坡，也就是说，通过在阀的入口应用电压阶跃和斜坡，并通过观测出口即阀的运动(或其速度)，精确地确定阀模型。这些不同的入口包括：正控制变化(例如正电压变化)，其倾向于在正操作方向f+上移动阀；以及负控制变化(例如负电压变化)，其倾向于在负操作方向f-上移动阀。

结论如下。

取决于操作点(即，与至少是一阶的阀的初始位置无关)，阀的行为大致相似。

阀通常表现为一阶传递函数，其响应于正控制变化，具有低的响应时间(快传递)和低的纯延迟。

阀通常表现为一阶传递函数，其响应于负控制变化，具有更大的响应时间(慢传递)和大的纯延迟。

阀具有非线性行为。然而，常规的检查策略基于线性模型，因此产生困难。

所得到的模型最终由两个具有不同极(极之间的因子是5)和具有不同的纯延迟的一阶传递函数组成。

因此，台架测试允许观测到三通阀的功能的强烈不对称：结果，取决于阀的运动方向，阀的响应时间不同。

实际上，在一侧或另一侧打开阀的力不一定相同(流体的流动、部件的运动学)。

在正设定点变化和负设定点变化期间，传统的局部环路调节结构无法通过满足苛刻的规格(响应时间、溢出、稳定裕度)来处理这一问题。发生对全局环路的影响。在目前的情况下，因为不再满足精度，所以温度调节也不再是适当的调节。

这显然会造成调节问题：具有局部环路的同质行为，因此具有完整调节的同质行为。

通过考虑“快”传递函数合成的“慢”校正器将无法允许在负控制变化期间满足关于系统的慢行为的快速性方面的要求。

相反，通过考虑“慢”行为合成的“快”校正器将无法允许在正控制变化期间满足关于系统的快行为的溢出方面的要求。

因此，在速度和溢出这两个方面，常规的伺服控制解决方案无法允许满足规格。

技术实现要素：

根据第一方面，本发明提出一种用于控制具有不对称行为的机构的方法，该机构包括第一操作方向和第二操作方向，每个方向对相似的控制信号具有不同的反应，得益于用于控制计算器的模块，该控制方法允许从设定点信号产生控制信号，

该方法的特征在于：

-当设定点信号指示沿着第一方向操作机构时，控制模块将第一校正器应用到设定点信号以产生控制信号，

当设定点信号指示沿着第二方向操作机构时，控制模块将第二校正器应用到设定点信号以产生控制信号，

并且其中，第一校正器和第二校正器具有不同的参数，以补偿机构的不对称行为。

在一个实施方式中，与慢反应操作方向相关联的校正器快；与快反应操作方向相关联的校正器慢。“快”和“慢”指的是两者之间的相对比率，也就是说，与慢操作方向相关联的校正器比与快操作方向相关联的校正器更快(或不那么慢)。

换言之，如果一个操作方向比另一个操作方向更慢地作出反应，那么与更慢操作方向相关联的校正器是比与不那么慢操作方向相关联的校正器更快的校正器。

在一个实施方式中，校正器是比例-积分校正器。

在一个实施方式中，对要应用的校正器的选择基于误差信号的符号，该误差信号的符号对应于设定点信号和测量信号之间的差。

在一个实施方式中，使用迟滞参数确定对要应用的校正器的选择，迟滞参数具有取决于两个操作方向的不同阈值，这两个阈值是不同的。这允许管理校正器的策略避免信号在参考值附近，具体是在0附近存在振荡。第一阈值可以为正，另一阈值可以为负。

在一个实施方式中，使用输出的导数来确定对要应用的校正器的选择。

在一个实施方式中，校正器的参数可根据机械机构的操作点而变化。

在一个实施方式中，该机构是涡轮机的液压回路的阀，例如用于向齿轮箱供油。

根据第二方面，本发明涉及一种用于控制具有不对称行为的机械机构的系统，该机构包括第一操作方向和第二操作方向，每个方向对相似的控制信号具有不同的反应，该控制系统包括控制模块，控制模块允许从所接收的设定点信号产生控制信号，控制模块包括第一校正器和第二校正器，校正器具有不同的参数，当设定点信号指示沿着第一方向操作机构时应用第一校正器，当设定点信号指示沿着第二方向操作机构时应用第二校正器。

该控制系统有利地配置为实施上述方法的步骤。

根据第三方面，本发明涉及一种用途，在用于控制具有不对称行为的机构的方法中，并行和交替地使用两个不同的校正器，以补偿机构的不对称行为。

附图说明

本发明的其它特征、目的和优点将从以下描述中显现出来，描述是纯说明性的而不是限制性的，且应当结合附图来阅读，其中：

[图1]图1示出了全局管理环路；

[图2]图2示出了根据本发明的一个实施方式的具有并行的两个校正器的局部环路。

具体实施方式

现在，将描述该解决方案的具体实施方式。该解决方案再次结合引言中描述的三通阀进行解释。考虑了部分描述的“情境建模”上下文。

将参照图1和图2描述控制系统1和控制方法。

该控制系统包括阀10例如三通型阀(通道一、通道二和通道三)和计算器20。有利地，提供传感器30以测量阀10的位置。给三通阀10定义三个位置p1、p2和p3：

-在位置p1(称为停止位置)，通道三(出口通道)连接到通道一(来自交换器的油)，

-在位置p2(也称为停止位置)，通道三连接到通道二(未冷却的油)，

-在位置p3，通道三连接到其他两个通道(该位置实际上包括无限多个位置，允许调整通道一和通道二的比率)。

位置p1或p2通常是当阀10接收到0v的设定点和几伏(例如，10v)的命令时获得。

阀10包括两个操作方向f+、f-。操作方向f+、f-可涉及旋转或平移，或旋转和平移的混合。因此，两个操作方向可以是顺时针旋转f+和反向旋转f-，或者平移f+及其相反的平移f-。

为了举例说明，操作方向f+被任意地定义为从p1到p2的方向，其为慢方向，且操作方向f-被定义为从p2到p1的方向，其为快方向。

x_cons指的是阀位置设定点(其由全局环路计算-参见图1中的传递函数kbg(z))，x_com指的是阀控制设定点(以伏特为单位)，x指的是阀10的位置。

阀的功能不对称意味着对于两个相似的控制设定点x_com，输出x(t)不以相同的方式演化，而是与不同的操作方向f+，f-相关。换言之，阀的响应时间根据阀10的运动方向而不同。

位置传感器30允许获得阀10的位置的测量x_mes(图1和图2)。

计算器20集成了设定点模块22和控制模块24，设定点模块22能够产生设定点信号x_cons，控制模块24能够产生控制设定点x_com(通常以伏特为单位)。

为了解决与阀的不对称阀命令相关的问题，计算器20，更具体地控制模块24，包括两个并行的校正器100、200(图2)，校正器100、200不同地参数化，且每个校正器旨在针对两个操作方向f+、f-中的一个操作方向操作。

第一校正器100被说成是快校正器，并被设定为在操作方向f+(从p1到p2，慢方向)上具有慢极和显著纯延迟的阀10的传递函数。

第二校正器200被说成是慢校正器，并被设定为在另一操作方向f-上(从p2到p1，快方向)具有快极和低纯延迟的阀10的传递函数。

这两个校正器100、200旨在使阀10在其操作中再次对称。

校正器100、200接收考虑到设定点信号x_cons和测量信号x_mes之间的差的信号作为输入。该差被称为误差x_e。

两个校正器100、200具有不同的参数设定。

由于阀10可以被认为是具有纯延迟的一阶传递函数，因此两个校正器100、200可以是比例-积分(pi)型校正器，为此，需要两个设定参数。此外，这两个参数保持了物理意义，使得该设定直观。

对于离散情况示例，kp1、kp2定义校正器pi100、200的相应比例增益，ti1和ti2定义相应积分增益，te定义采样时间。

通过不同地参数化两个校正器100、200，计算器20根据阀10的操作方向f+、f-对误差x_e应用不同的处理，这允许补偿阀10的功能不对称。

校正器的应用的模式

两个校正器100、200的使用是交替进行的(第一校正器100或第二校正器200)，有利的是实施允许切换到一个或另一个校正器100、200的标准。

在这方面，可以设想多种解决方案。

第一种解决方案包括考虑伺服控制误差x_e的符号，也就是说，位置设定点x_cons与测量信号x_mes之间的差(x_e＝x_cons-x_mes)。然而，存在明显的交替风险，特别是在稳定状态下(原因是位置测量的噪声)或在溢出的情况下。实际上，在设定点信号x_cons被测量信号x_mes溢出甚至溢出最小的情况下，误差x_e改变符号，这意味着要改变校正器100、200。

另一个优选的解决方案包括引入两个阈值以产生迟滞效应。

为了避免先前解决方案的缺陷，给开关29添加迟滞参数28，以避免当误差信号x_e接近0时在两个校正器之间以不合时宜的方式交替。

由于误差信号x_e一般以0为中心，因此两个迟滞阈值将分别为正和负。

因此，对于迟滞，需要在改变校正器之前，使误差x_e在每个方向(正和负)上超过阈值。

在本文描述的示例中，通过使用以下信息设定迟滞参数：

-位置测量的噪声约为0.03v，

-位置设定点的噪声约为0.02v(实际上，位置设定点是由全局环路给出，受温度测量的噪声影响)，

-允许的溢出为0.2v。

考虑到噪声x_e在测量x_mes和设定点x_cons上的迟滞参数，每次在误差x_e改变符号时，允许不改变校正器。实际上，在稳定状态下，误差非常接近0，且由于噪声的存在，误差的取值介于-0.05至0.05v之间。

考虑到溢出，允许在轻微溢出期间不改变校正器。实际上，当位置超过设定点时，误差会改变符号。可能优选地，用同一校正器完成某些瞬变。

迟滞参数最终选择为这三个变量之和，即＝0.25v。

假设选择快校正器100，则当位置误差变得大于0.25v时，切换到慢校正器200将有效。

假设选择慢校正器200，则当位置误差变得小于-0.25v时，切换到快校正器100将有效。

增量器

然而，所实施的校正器改变可能会导致不希望的瞬态效应。实际上，比例-积分校正器的积分动作(以及在一般情况下校正器的传递函数的状态)维持不同的控制值，且从一个校正器切换到另一个校正器导致突然的控制峰值。

为了避免这些峰值，计算器20可以包括增量器25，其允许增量型实现方式：这包括从误差增量计算命令增量。然后，所得的命令计算为前一步骤(带积分器26的环路)中的命令与从所选的校正器100、200导出的命令增量之和。例如，如果校正器100施加5v的电压，且如果切换到校正器200必须施加10v的电压，则在没有增量器25的情况下，电压将突然改变。得益于增量器25，校正器200将给出增加+0.2v的命令，以逐渐使电压从5v升到10v。

与常规实现方式不同，校正器100、200的改变不会导致命令的改变，而是导致命令增量的改变。

还提供饱和器27来管理饱和的影响：如果12v的电压计算为命令，但是如果系统只能接受10v的电压，则饱和器将12v转换为10v。

该策略还允许管理饱和和饱卷现象。

已针对阀描述了本发明，但是本发明适用于具有不对称操作的任何机械元件：致动器或致动器缸等(伺服阀、缸的任何集合或组合)。