一种风洞主引射压力分段控制方法及系统与流程

本发明涉及航空航天飞行器地面模拟试验，具体是一种风洞主引射压力分段控制方法及系统。

背景技术：

1、风洞是航空航天飞行器进行空气动力学试验不可或缺的地面模拟设备。对暂冲型跨声速风洞而言，试验时控制主调压阀（以下简称主调）使压缩空气由气罐进入风洞，通过主引射器形成高速气流为风洞运行提供驱动力。风洞进气量的稳定性和主引射压力控制的精准度，会直接影响到流场控制的精度水平，从而影响到飞行器气动力数据的准确性和可信度，因此如何提升暂冲型跨声速风洞的控制精度是当前亟需解决的问题。目前，暂冲型跨声速风洞控制普遍采用主调高开预置+闭环调节的方式。该方式下，首先主调预置位置，即初始预设参数由经验知识生成，参数给定过分的依赖人员经验，往往会出现较大的偏差，使得的稳态值偏离设定值，增加调节时间，甚至导致闭环控制发散，车次报废；其次，在闭环控制过程中，pid误差控制和系统噪声将使主调波动调节以消除闭环误差，调节中的波动不仅会影响到进气量及的流场稳定性，还会加速结构件的疲劳损伤；最后，随气罐中气源压力的不断下降，由于闭环控制的大时滞，使得闭环控制无法及时有效补偿下降导致的扰动，最终影响和流场控制的精准度。

技术实现思路

1、为克服现有技术的不足，本发明提供了一种风洞主引射压力分段控制方法及系统，解决现有技术存在的主调初始预设参数过分依赖岗位人员经验导致的稳态偏差大和调节时间长、闭环控制过程中主调的波动调节以及无法有效补偿气源压力下降导致的扰动等问题。

2、本发明解决上述问题所采用的技术方案是：

3、一种风洞主引射压力分段控制方法，首先，基于调压阀压力特性和试验控制参数的历史数据，构建主调压力控制模型；然后在试验过程中对主引进行分段控制；其中，分段控制包括：主引开环控制、主引闭环调节、扰动补偿控制，主引开环控制、扰动补偿控制量由主调压力控制模型计算得到。

4、作为一种优选的技术方案，包括以下步骤：

5、s1，主调压力控制模型构建：基于主调压力特性，通过试验控制参数的历史数据分析挖掘，提取一系列不同工况下同一时刻时的气源压力、及主调开度值数据，由和计算出压力恢复系数，对一系列主调开度值和压力恢复系数数据进行多项式拟合，生成主调压力控制模型；

6、s2，主引开环控制：风洞启动后，通过主调运行至初始预置开度的方法实现主引的开环控制，设定充压标志位：充压标志位为1时，主调运行至初始预置开度的设定倍数；当充压标志位变为0后，主调运行至；

7、s3，主引闭环调节：主调到位且延时设定时长后，进行闭环控制，控制量为：

8、，

9、；

10、式中，表示主引闭环控制量，表示时刻总数，表示时刻主引pi控制器输出量，表示比例系数，表示时刻的偏差，表示积分系数，表示时刻序号，为整数且≥0，表示时刻的累计偏差；

11、s4，主引扰动补偿控制：设定扰动控制标志位、暂存标志位为1时的前一时刻的闭环控制输出值和主调压力控制模型计算的主调开度；当扰动补偿控制标志位为1时，实时计算扰动补偿控制中主调控制量，同时断开闭环控制，补偿控制，控制量为：

12、；

13、式中，表示控制量，表示扰动标志位为1的前一时刻的闭环输出暂存值，表示主调开度实时计算值，表示扰动标志位前一时刻的主调开度暂存值。

14、作为一种优选的技术方案，步骤s1包括以下步骤：

15、s11，通过历史数据分析挖掘，提取各工况下相同时刻的值、值及主调开度实测值，并对提取的数据进行预处理；

16、s12，计算出一系列不同与对应的的比值，将和分别近似为阀后和阀前气流总压，计算得到一系列主调压力恢复系数；

17、s13，根据计算得到一系列和对应的，基于多项式拟合生成主调压力控制模型：；

18、式中，表示主调开度计算值，表示压力恢复系数，表示多项式阶次、为整数且≥0，表示多项式系数，表示的阶次。

19、作为一种优选的技术方案，步骤s13中，取值为3、4或5。

20、作为一种优选的技术方案，步骤s4包括以下步骤：

21、s41，以测值进入精度范围、且延时n个控制周期为扰动补偿控制标志位；其中，n为设定值且n为正整数；

22、s42，计算暂存扰动补偿控制标志位为1前一时刻的闭环控制输出值和主调开度值；

23、s43，基于主调压力控制模型实时计算当前主调值，当扰动补偿控制标志位为1时，在每个控制周期计算当前时刻压力控制模型扰动补偿控制位置输出值增量，计算公式为：；

24、s44，扰动补偿控制标志位为1后，断开压力闭环控制，采用增量式扰动补偿控制实现的控制，保持的稳定，直至风洞试验结束；其中，增量式扰动补偿控制的控制量为：

25、。

26、作为一种优选的技术方案，步骤s41中，精度范围指<1%。

27、作为一种优选的技术方案，步骤s41中，n的取值范围为50~150。

28、作为一种优选的技术方案，步骤s2中，初始预置开度的设定倍数指初始预置开度的102~110%，充压标志位变为0指风洞稳定段总压达到设定值的0.9~0.98倍的情形。

29、作为一种优选的技术方案，步骤s3中，闭环控制采用pi控制算法，且闭环运行后，闭环中积分参数采用斜坡方式给定。

30、一种风洞主引射压力分段控制系统，用于实现所述的一种风洞主引射压力分段控制方法，包括依次相连的以下模块：

31、主调压力控制模型构建模块：用以，基于主调压力特性，通过试验控制参数的历史数据分析挖掘，提取一系列不同工况下同一时刻时的气源压力、及主调开度值数据，由和计算出压力恢复系数，对一系列主调开度值和数据进行多项式拟合，生成主调压力控制模型；

32、主引开环控制模块：用以，风洞启动后，通过主调运行至初始预置开度的方法实现主引的开环控制，设定充压标志位：充压标志位为1时，主调运行至初始预置开度的设定倍数；当充压标志位变为0后，主调运行至；

33、主引闭环调节模块：用以，主调到位且延时设定时长后，进行闭环控制，控制量为：

34、，

35、；

36、式中，表示主引闭环控制量，表示时刻总数，表示时刻主引pi控制器输出量，表示比例系数，表示时刻的偏差，表示积分系数，表示时刻序号，为整数且≥0，表示时刻的累计偏差；

37、主引扰动补偿控制模块：用以，设定扰动控制标志位、暂存标志位为1时的前一时刻的闭环控制输出值和主调压力控制模型计算的主调开度；当扰动补偿控制标志位为1时，实时计算扰动补偿控制中主调控制量，同时断开闭环控制，补偿控制，控制量为：

38、；

39、式中，表示控制量，表示扰动标志位为1的前一时刻的闭环输出暂存值，表示主调开度实时计算值，表示扰动标志位前一时刻的主调开度暂存值。

40、本发明相比于现有技术，具有以下有益效果：

41、本发明基于环状缝隙式调压阀压力特性和历史数据分析挖掘，构建了主调压力控制模型，通过压力控制模型生成的主调实时开度，不仅提升了主调的准度、降低了参数给定对岗位人员的经验依赖，也为增量式扰动补偿控制的稳定性和精准度奠定了基础；相比预置+前馈控制方法，通过闭环控制作用，可有效降低存在的稳态偏差，提高扰动补偿控制位置基准值的准度；采用增量式扰动补偿控制的可有效消除了主调压力控制模型中阀门位置输出值的系统性偏差、补偿下降对的扰动、消除闭环控制过程中阀门位置调节导致的波动；相比传统方法，本发明具有主调准度高、且不依赖于人员经验；消除闭环控制导致的主调调节波动、降低结构件疲劳损伤；有效补偿下降导致的扰动，最终提升和流场控制的精准度。