航空发动机压力信号自动标定技术研究-专业论文-自动化应用案例

航空发动机压力信号自动标定技术研究

发布日期：2018-03-13 来源：《智能机器人》1期作者：张义何健周权章晓丰周大高浏览次数：24956

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【摘　要】：针对当前我国航空发动机压力信号标定过程中存在标定时间长、工作效率低、手动打压不准等问题，提出了一种航空发动机压力信号自动标定方法。该方法采用可编程气压源、通过计算机输出预先定义压力信号及接收控制器采集值，形成对应标定关系来达到压力信号自动标定的目的。

关键字：航空发动机；压力信号；自动标定

1引言

航空发动机的进气压力、压气机出口压力及涡轮后压力等压力信号是影响整个发动机性能的重要参数，为确保其准确性，试车前需要对其进行标定^[1]。当前航空发动机控制系统中压力信号的标定主要采用的是便携式压力校验仪，人工通过手动打压的方式使压力校验仪气压稳定在设定值。在通过压力校验仪给出对应压力信号后，航空发动机控制器采集传感器信号并记录采集值，形成标准压力信号与采集值之间的对应关系，完成标定。采用该方法标定由于人工操作的限制，无法同时进行多路压力信号的标定，工作效率较低，同时人工打压操作容易犯错及保证气压稳态精度。

2自动标定系统简介

为解决以上问题，本文提出了一种航空发动机压力信号的自动标定方法。该方法方案示意图如图1所示：压力信号由可编程全自动压力校验仪产生，可以精确模拟并产生高精度压力信号，同时可编程全自动压力校验仪通过对应通信协议可以实时接收计算机的控制，将控制指令转换为对应的压力信号输出。控制器采集该压力信号后，计算机通过通讯总线接收控制器反馈采集值。自动标定软件通过将设定的标定压力信号按照设定好的值，多路同时输出并同时采集，形成对应标定关系。

3 自动标定系统设计

压力信号自动标定系统设计主要包括全自动压力校验仪选型及压力设定程序设计和自动标定软件设计两部分工作，下面分别进行介绍。

3.1 全自动压力校验仪选型及压力设定程序设计

3.1.1 全自动压力校验仪选型

发动机上压力传感器按原理不同可以分为膜盒式、压阻式等^[2]，按照测量对象不同可以分为测量气压和油压两类^[3]。为了能够完成对压力信号的标定全自动压力校验仪的压力输出范围应该尽量覆盖所有压力信号的范围。但是除少数几个油压外，航空发动机多数压力信号都在10MPa以内，且压力传感器通信信号线性度较好，因此从节约成本的角度考虑，可以对超过选定仪器输出范围的压力信号采用线性拟合的方式进行标定，线性拟合选用常用的最小二乘法进行拟合^[4]。对于超过输出压力值部分的参数，通过拟合的直线进行外插得到全量程标定关系。虽然目前市面上全自动压力校验仪较多，但是Mensor公司的CPC6000全自动压力校验仪，具有两个可以完全独立工作的压力调节通道，每个通道可以再选配2个压力模块，配置灵活度高。同时，该仪器输出压力量程可选为0-10MPa支持232及以太网通信远程控制。因此这里选择CPC6000全自动校验仪作为标准压力源，CPC6000全自动压力校验仪如图2所示。

3.1.2全自动压力校验仪压力设定程序设计

CPC6000全自动压力校验仪，具有丰富的通讯指令，在其用户手册里面一共列出了148条^[5]，为用户设计压力设定程序提供了保障。同时为方便用户，Mensor公司为CPC6000全自动压力校验仪提供了封装好的LabVIEW接口VI。通过封装好的接口VI，通过设置压力单位、通道、压力值VI即可完成压力值设置，通过读取压力值VI，将当前压力与设置压力值对比即可判定当前压力校验仪压力是否达到设定值。压力设定程序工作流程如图3所示。

3.2 压力信号自动标定软件

航空发动机压力信号自动标定软件首先通过读取用户预先定义的标定配置文件，得到用户需要标定的压力信号信息。配置文件中定义的多路需要标定的压力信号，通过CPC6000全自动压力校验仪压力设定程序，将对应仪器对应通道压力设置为需要的目标压力值，输出给压力传感器。控制器采集压力传感器压力值后，将采集值传送给计算机，压力信号自动标定软件将收到的采集值予以记录，并与给定的压力值形成标定关系文件。由于CPC6000全自动压力校验仪最大输出压力只能到10MPa，因此对于定义的压力给定值，读取配置文件后，首先进行判断，如果有超过10MPa的压力部分，自动标定软件形成对应标志位，在该路信号标定结束后的形成的初步标定关系基础上，增加上外插关系，形成完整的标定关系。自动标定软件按照功能主要可以分为以下三个部分：标定给定信号配置文件的定义及读取，及进行是否需要插值判断；与全自动压力校验仪通信，并设置器对应通道输出压力；与数字电子控制器通信并将采集值与给定值进行标定数据记录形成标定关系文件。软件流程图如图4所示。

为方便用户快速定义需要标定的信号及信号给定值点，自动标定软件提供配置文件读取及软件界面定义配置文件功能。当选择读取标定配置文件时，软件自动读取之前定义好的配置文件，进行使用，避免用户每次都需要重新地定义标定配置文件。当选择重新定义标定配置文件时，自动标定软件在界面上提供所有的标定信号的名称可选项目，并根据油压与气压信号标定时，分别给定绝压与表压的不同将其分开。在用户完成信号选择及需要的信号值输入后，点击保存按钮，软件将定义值写入标定配置文件。

自动标定软件与CPC6000全自动压力校验仪之间的通信可靠性，两者之间的通信采用RS-232协议进行通信。在需要标定的信号完成定义后，自动标定软件每次将多路需要标定信号的一个标定点，设置为CPC6000全自动压力校验仪各通道压力值，由其完成压力信号输出。电子控制器采集到转换后的信号后，将采集到的电压值通过串口发送給自动标定软件。自动标定软件在完成标定后将本次标定关系记录在Excel文件中。某次标定完成后，形成的自动标定关系文件记录结果如图5所示，软件运行截面如图6所示。