一种变压差计量方法及装置与流程

本发明属于燃油计量领域，具体涉及航空发动机燃油计量领域。

背景技术：

目前，航空发动机燃油系统的设计通常采用定压差燃油计量结构。通过压差活门与回油活门共同维持计量活门前后的压差恒定，使计量装置对燃油流量的调节仅与计量活门的流通面积(位置)呈单值对应关系。

其中，燃油计量装置是航空发动机燃油系统的重要模块之一，其主要任务是对进入发动机的燃油流量进行控制，按照发动机的不同工况提供所需的燃油。

现有技术中，对发动机的燃油流量进行控制的方法有很多，例如：通过燃油流量调节装置，对输送给带有计量装置的燃气涡轮发动机的燃油流量进行调节，一个旁通阀，用来保持计量装置进口和出口之间的恒定压差，和一个位于计量装置下游的截止和加压阀。又如，通过使用双金属盘抵靠在旁通阀标定弹簧上，利用双金属盘的热膨胀系数，通过修正标定弹簧弹力来补偿燃油密度变化，解决温度造成燃油密度变化导致燃油质量流量随之变化的问题。还包括，在得知计量阀进口和出口的压力差信息和燃油过流面积后，通过计算装置计算出向燃烧室提供的燃油实际质量流量的值的方法，同时根据实际质量流量计算值和期望流量值之间的差，控制计量阀门的位置。

但是，现有技术的方法无法兼顾提升燃油计量的计量范围、精度和响应速度的燃油计量装置，同时现有技术对油源泵结构类型有特定的要求，并且可靠性仍不够高。

技术实现要素：

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种变压差计量方法及装置，能够兼顾提升燃油计量的计量范围、精度和响应速度，同时扩展燃油计量油源泵类型的选用范围，提高可靠性。

为了达到本发明目的，第一方面，本发明提供了一种变压差计量方法，应用于变压差计量装置，变压差计量装置包括控制器、计量阀位移传感器、计量后压力传感器、计量前压力传感器、温度传感器、第一电液控制装置、第二电液控制装置、回油阀位移传感器、计量阀、回油阀，变压差计量方法包括：

根据计量阀位移传感器、计量后压力传感器、计量前压力传感器、温度传感器、回油阀位移传感器获取计量装置状态信息；

将计量装置状态信息发送至控制器；

控制器根据计量装置状态信息计算出实际质量流量，接收被控对象状态信号和被控对象期望指标信息，通过预设算法计算出控制信号；

通过控制信号控制第一电液控制装置、第二电液控制装置、计量阀，及回油阀的开度，以便实现对燃油压差及流量的调节控制。

可选的，计量装置状态信息包括以下至少一种：燃油计量装置计量阀前压力、燃油计量装置计量阀后压力、计量阀位置信号、燃油温度和回油阀开度。

可选的，方法还包括：温度传感器采集燃油温度信号；根据燃油温度信号，结合计量阀位移传感器、计量后压力传感器、计量前压力传感器、温度传感器、第一电液控制装置、第二电液控制装置、回油阀位移传感器的温度漂移特性，对燃油流量进行修正。

可选的，在将计量装置状态信息发送至控制器之后，方法还包括：当油源泵为变流量泵时，控制器将回油阀关至最小，并根据燃油温度、燃油计量装置计量阀前压力和燃油计量装置计量阀后压力的压差、行程计算流量并与期望流量进行对比，获得对比结果；根据对比结果，利用控制器控制计量阀位置，实现调整计量流量。

可选的，在接收被控对象状态信号和被控对象期望指标信息之后，方法还包括：当油源泵为定流量泵时，控制器根据被控对象状态信号和被控对象期望指标信息，计算出期望压差；根据期望压差，并结合计量装置状态信号，通过调整回油阀位置，将燃油计量装置计量阀前压力与燃油计量装置计量阀后压力的压差调整至预设目标值；根据燃油温度和压差，通过控制计量阀位置，实现调整计量流量。

可选的，控制器根据被控对象状态信号和被控对象期望指标信息计算出期望压差，具体包括：控制器根据被控对象特性，预先对燃油流量进行分段设置，在不同的燃油流量段之间过渡时，对期望压差采用模糊模式连续变化。

可选的，控制器根据被控对象状态信号和被控对象期望指标信息计算出期望压差，具体包括：当计量阀出现故障时，控制器根据计量阀位置信号计算计量阀在故障状态时的过流面积；根据过流面积和被控对象期望指标信息，计算出期望压差。

可选的，当回油阀出现故障时，通过计量装置状态信号，根据燃油温度、燃油计量装置计量阀前压力和燃油计量装置计量阀后压力的压差、行程计算流量并与期望流量进行对比，获得对比结果；根据对比结果，利用控制器控制计量阀位置，实现调整计量流量。

可选的，在获取计量装置状态信息之前，方法还包括：预设频率以对数形式连续变化的相同幅值的正弦信号；分别向电液第一电液控制装置和第二电液控制装置输入正弦信号；通过相关分析法对计量阀位移传感器、回油阀位移传感器所采集的电信号进行分析，并获得变压差计量装置当前的频域响应特性；若频域响应特性发生预设变化，则判断变压差计量装置出现故障。

第二方面，本发明提供了一种变压差计量装置，变压差计量装置包括控制器、计量阀位移传感器、计量后压力传感器、计量前压力传感器、温度传感器、第一电液控制装置、第二电液控制装置、回油阀位移传感器、计量阀、回油阀，其中：

计量阀位移传感器、计量后压力传感器、计量前压力传感器、温度传感器、回油阀位移传感器、第一电液控制装置、第二电液控制装置分别与控制器、计量阀及回油阀连接。

可选的，第一电液控制装置、第二电液控制装置分别为-3db幅频响应大于20hz的电液伺服阀。

可选的，电液伺服阀的零偏电流大于额定工作电流的10％。

可选的，计量阀位移传感器、回油阀位移传感器的分辨率小于5μm。

可选的，在第一电液控制装置和第二电液控制装置前，设置一个定压阀，以便减少燃油压力波动对控制精度的影响。

可选的，在第一电液控制装置、第二电液控制装置后，分别设置一个可调截流限制器，以便减少电液控制装置性能公差对变压差计量装置性能一致性的影响。

可选的，计量阀两端分别设有最大流量调整钉和最小流量调整钉，以便限制和调整最大计量流量、最小计量流量。

第三方面，本发明提供了一种电子设备，包括：一个或多个处理器；存储器，用于存储一个或多个程序，当一个或多个程序被一个或多个处理器执行，使得一个或多个处理器实现如上述任一项的变压差计量方法。

第四方面，本发明提供了一种存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现如上述任一项的变压差计量方法。

本发明实施例提出了一种变压差计量方法及装置，通过根据计量阀位移传感器、计量后压力传感器、计量前压力传感器、温度传感器、回油阀位移传感器获取计量装置状态信息；将计量装置状态信息发送至控制器；控制器根据计量装置状态信息计算出实际质量流量，接收被控对象状态信号和被控对象期望指标信息，通过预设算法计算出控制信号；通过控制信号控制第一电液控制装置、第二电液控制装置、计量阀，及回油阀的开度，以便实现对燃油压差及流量的调节控制。也就是说，本发明实施例通过对多个变量进行实时控制，同时兼顾并提升了燃油计量的计量范围、精度和响应速度，同时扩展燃油计量油源泵类型的选用范围，提高了燃油计量装置的可靠性。

附图说明

图1为本发明提供的一种变压差计量装置的结构示意图；

图2为本发明实施例一提供的变压差计量方法的流程示意图；

图3为本发明提供的另一种变压差计量装置的结构示意图；

图中符号说明如下：1-控制器；2-计量阀位移传感器；3-计量后压力传感器；4-计量前压力传感器；5-温度传感器；6-第一电液控制装置；7-第二电液控制装置；8-回油阀位移传感器；9-计量阀；10-回油阀；11-计量阀最大流量调整钉；12-可调截流限制器；13-计量阀最小流量调整钉；14-定压阀；15-燃油进口；16-燃油出口；17-燃油回油口；18-定压阀低压油出口。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下文中将结合附图对本发明的实施例进行详细说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互任意组合。

实施例一

如图1所示，该方法应用于变压差计量装置，变压差计量装置包括控制器1、计量阀位移传感器2、计量后压力传感器3、计量前压力传感器4、温度传感器5、第一电液控制装置6、第二电液控制装置7、回油阀位移传感器8、计量阀9、回油阀10。

图2为本发明实施例一提供的变压差计量方法的流程示意图，如图2所示，变压差计量方法包括：

步骤101：根据计量阀位移传感器2、计量后压力传感器3、计量前压力传感器4、温度传感器5、回油阀位移传感器8获取计量装置状态信息；

步骤102：将计量装置状态信息发送至控制器1；

步骤103：控制器1根据计量装置状态信息计算出实际质量流量，接收被控对象状态信号和被控对象期望指标信息，通过预设算法计算出控制信号；

步骤104：通过控制信号控制第一电液控制装置6、第二电液控制装置7、计量阀9，及回油阀10的开度，以便实现对燃油压差及流量的调节控制。

实际应用中，计量装置状态信息包括以下至少一种：燃油计量装置计量阀前压力、燃油计量装置计量阀后压力、计量阀位置信号、燃油温度和回油阀开度。

示例性的，方法还包括：温度传感器5采集燃油温度信号；根据燃油温度信号，结合计量阀位移传感器2、计量后压力传感器3、计量前压力传感器4、温度传感器5、第一电液控制装置6、第二电液控制装置7、回油阀位移传感器8的温度漂移特性，对燃油流量进行修正。

示例性的，在将计量装置状态信息发送至控制器1之后，方法还包括：当油源泵为变流量泵时，控制器1将回油阀10关至最小，并根据燃油温度、燃油计量装置计量阀前压力和燃油计量装置计量阀后压力的压差、行程计算流量并与期望流量进行对比，获得对比结果；根据对比结果，利用控制器1控制计量阀9位置，实现调整计量流量。

示例性的，在接收被控对象状态信号和被控对象期望指标信息之后，方法还包括：当油源泵为定流量泵时，控制器1根据被控对象状态信号和被控对象期望指标信息，计算出期望压差；根据期望压差，并结合计量装置状态信号，通过调整回油阀10位置，将燃油计量装置计量阀前压力与燃油计量装置计量阀后压力的压差调整至预设目标值；根据燃油温度和压差，通过控制计量阀9位置，实现调整计量流量。

示例性的，控制器1根据被控对象状态信号和被控对象期望指标信息计算出期望压差，具体包括：控制器1根据被控对象特性，预先对燃油流量进行分段设置，在不同的燃油流量段之间过渡时，对期望压差采用模糊模式连续变化。

示例性的，控制器1根据被控对象状态信号和被控对象期望指标信息计算出期望压差，具体包括：当计量阀9出现故障时，控制器1根据计量阀位置信号计算计量阀9在故障状态时的过流面积；根据过流面积和被控对象期望指标信息，计算出期望压差。

示例性的，当回油阀10出现故障时，通过计量装置状态信号，根据燃油温度、燃油计量装置计量阀前压力和燃油计量装置计量阀后压力的压差、行程计算流量并与期望流量进行对比，获得对比结果；根据对比结果，利用控制器1控制计量阀9位置，实现调整计量流量。

示例性的，在获取计量装置状态信息之前，方法还包括：预设频率以对数形式连续变化的相同幅值的正弦信号；分别向电液第一电液控制装置6和第二电液控制装置7输入正弦信号；通过相关分析法对计量阀位移传感器2、回油阀位移传感器8所采集的电信号进行分析，并获得变压差计量装置当前的频域响应特性；若频域响应特性发生预设变化，则判断变压差计量装置出现故障。

综上所述，本发明实施例提供的变压差计量方法，通过根据计量阀位移传感器2、计量后压力传感器3、计量前压力传感器4、温度传感器5、回油阀位移传感器8获取计量装置状态信息；将计量装置状态信息发送至控制器1；控制器1根据计量装置状态信息计算出实际质量流量，接收被控对象状态信号和被控对象期望指标信息，通过预设算法计算出控制信号；通过控制信号控制第一电液控制装置6、第二电液控制装置7、计量阀9，及回油阀10的开度，以便实现对燃油压差及流量的调节控制。也就是说，本发明实施例通过对多个变量进行实时控制，同时兼顾并提升了燃油计量的计量范围、精度和响应速度，同时扩展燃油计量油源泵类型的选用范围，提高了燃油计量装置的可靠性。

实施例二

图3为本发明提供的变压差计量装置的结构示意图。结合图1和图3所示，本发明提供的一种变压差计量装置，包括控制器1、计量阀位移传感器2、计量后压力传感器3、计量前压力传感器4、温度传感器5、第一电液控制装置6、第二电液控制装置7、回油阀位移传感器8、计量阀9、回油阀10，其中：

计量阀位移传感器2、计量后压力传感器3、计量前压力传感器4、温度传感器5、回油阀位移传感器8、第一电液控制装置6、第二电液控制装置7分别与控制器1、计量阀9及回油阀10连接。

示例性的，第一电液控制装置6、第二电液控制装置7分别为-3db幅频响应大于20hz的电液伺服阀。

示例性的，电液伺服阀的零偏电流大于额定工作电流的10％。

示例性的，计量阀位移传感器2、回油阀位移传感器8的分辨率小于5μm。

示例性的，在第一电液控制装置6和第二电液控制装置7前，设置一个定压阀14，以便减少燃油压力波动对控制精度的影响。

示例性的，在第一电液控制装置6、第二电液控制装置7后，分别设置一个可调截流限制器12，以便减少电液控制装置性能公差对变压差计量装置性能一致性的影响。

示例性的，计量阀9两端分别设有计量阀最大流量调整钉11和计量阀最小流量调整钉13，以便限制和调整最大计量流量、最小计量流量。

实施例三

结合图1和图3所示，本发明提供的另一种变压差计量装置，其中，定压阀14与定压阀低压油出口18配合为变压差计量装置提供稳定的伺服油，减少燃油压力波动对控制精度的影响，提高燃油计量精度。

燃油泵通过燃油进口15提供燃油，经过变压差计量装置计量后，由燃油出口16向发动机燃烧室提供精确计量的燃油。

计量阀位移传感器2、计量后压力传感器3、计量前压力传感器4、温度传感器5、回油阀位移传感器8将燃油计量装置计量阀前后压力、计量燃油温度和计量、回油阀的开度等计量装置状态信息转换为电信号，反馈给控制器1，控制器1根据采集到计量装置状态信息计算出实际质量流量，并接收被控对象状态信号和被控对象期望指标经计算后输出控制信号，通过控制电液控制装置进而控制回油阀10的开度，调整燃油回油口17的燃油截面面积来实现对燃油压差的调节控制；通过控制计量阀9的开度调整燃油截面面积来实现对燃油流量的调节控制。

优选地，两个电液控制装置后分别设有一个可调截流限制器12，用于减少电液控制装置性能公差对变压差计量装置性能一致性的影响，提高燃油计量精度。

优选地，计量阀9两端分别设有最大流量调整钉11和最小流量调整钉13，用于限制和调整最大、最小计量流量，提高变压差计量装置的可靠性，扩展变压差计量装置的使用范围。

根据温度传感器5所采集到的燃油温度信号，结合计量阀位移传感器2、计量后压力传感器3、计量前压力传感器4、温度传感器5、回油阀位移传感器8等电器元件的温度漂移特性，对计算燃油流量进行修正。

当油源泵为变流量泵时，控制器1将回油阀10关至最小，通过计量阀位移传感器2、计量后压力传感器3、计量前压力传感器4和温度传感器5采集变压差计量装置状态信号，根据燃油温度和计量阀9前后压差、行程计算流量并与期望流量进行对比；结合对比情况，由控制器1通过控制计量阀9位置，实现对计量流量的调整。

当油源泵为定流量泵时，控制器1接收被控对象状态信号和被控对象期望指标，先计算出期望压差，再结合回油阀位移传感器8、计量后压力传感器3和计量前压力传感器4采集到的变压差计量装置状态信号，通过调整回油阀10位置，将计量阀9前后压差调整至目标值，再根据温度传感器5采集到的燃油温度和计量阀9前后压差，通过控制计量阀9位置，实现对计量流量的调整。

优选地，根据被控对象特性，按流量对进行分段，在不同的燃油流量段之间过渡时，期望压差应连续变化，并采用适当模糊的模式。

优选地，当计量阀9出现故障时，控制器1接收被控对象状态信号和被控对象期望指标，根据计量阀位移传感器2采集到的计量阀位置信号计算出计量阀9故障时的过流面积，依据计量阀9故障时的过流面积和被控对象期望指标计算出期望压差，再结合回油阀位移传感器8、计量后压力传感器3和计量前压力传感器4采集到的变压差计量装置状态信号，通过调整回油阀10位置，将计量阀9前后压差调整至目标值，实现对计量流量的调整。

优选地，当回油阀10出现故障时，通过计量阀位移传感器2、计量后压力传感器3、计量前压力传感器4和温度传感器5采集变压差计量装置状态信号，根据燃油温度和计量阀9前后压差、行程计算流量并与期望流量进行对比；结合对比情况，由控制器1通过控制计量阀9位置，实现对计量流量的调整。

具体的，在正常工作前，分别给定第一电液电液控制装置6、第二电液控制装置7一个频率以对数形式连续变化的相同幅值的正弦信号，对计量阀位移传感器2、回油阀位移传感器8所采集到的电信号使用相关分析法进行分析，可以取得变压差计量装置当前的频域响应特性，若频域响应特性发生明显变化，可判断变压差计量装置出现故障。

实际应用中，根据试验验证结果，该变压差计量装置性能列表如表1。

表1性能列表

实施例四

本发明提供了还一种电子设备，包括：一个或多个处理器；存储器，用于存储一个或多个程序，当一个或多个程序被一个或多个处理器执行，使得一个或多个处理器实现如上述任一项的变压差计量方法。

另外，本发明提供了一种存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该程序被处理器执行时实现如上述任一项的变压差计量方法。

本发明实施例的计算机可读存储介质，可以采用一个或多个计算机可读的介质的任意组合。计算机可读介质可以是计算机可读信号介质或者计算机可读存储介质。计算机可读存储介质例如可以是——但不限于——电、磁、光、电磁、红外线、或半导体的系统、装置或器件，或者任意以上的组合。计算机可读存储介质的更具体的例子(非穷举的列表)包括：具有一个或多个导线的电连接、便携式计算机磁盘、硬盘、随机存取存储器(ram)、只读存储器(rom)、可擦式可编程只读存储器(eprom或闪存)、光纤、便携式紧凑磁盘只读存储器(cd-rom)、光存储器件、磁存储器件、或者上述的任意合适的组合。在本文件中，计算机可读存储介质可以是任何包含或存储程序的有形介质，该程序可以被指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用。

计算机可读的信号介质可以包括在基带中或者作为载波一部分传播的数据信号，其中承载了计算机可读的程序代码。这种传播的数据信号可以采用多种形式，包括但不限于电磁信号、光信号或上述的任意合适的组合。计算机可读的信号介质还可以是计算机可读存储介质以外的任何计算机可读介质，该计算机可读介质可以发送、传播或者传输用于由指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用的程序。

计算机可读介质上包含的程序代码可以用任何适当的介质传输，包括——但不限于无线、电线、光缆、rf等等，或者上述的任意合适的组合。

可以以一种或多种程序设计语言或其组合来编写用于执行本发明操作的计算机程序代码，程序设计语言包括面向对象的程序设计语言—诸如java、smalltalk、c++，还包括常规的过程式程序设计语言—诸如“c”语言或类似的程序设计语言。程序代码可以完全地在用户计算机上执行、部分地在用户计算机上执行、作为一个独立的软件包执行、部分在用户计算机上部分在远程计算机上执行、或者完全在远程计算机或服务器上执行。在涉及远程计算机的情形中，远程计算机可以通过任意种类的网络——包括局域网(lan)或广域网(wan)—连接到用户计算机，或者，可以连接到外部计算机(例如利用因特网服务提供商来通过因特网连接)。

注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。