基于总线的微型涡轮发动机控制系统设计与验证

发布时间：2020-07-24 08:25

【摘要】：本文基于I~2C总线设计微型涡轮发动机分布式控制系统,从而优化系统拓扑结构,并提高系统的电磁兼容性能。该系统由三个控制器组成:主控制器实现总体调度,油泵控制器主要用于油泵控制,前罩控制器主要用于传感器信号采集。主控制器基于STM32F103VET6芯片设计,其通过RS-232C串行总线与监控计算机通信,通过I~2C总线与两个子控制器进行通信。采用具有I~2C总线接口的BMP085芯片实现环境温度和气压测量,采用具有SPI总线接口的FLASH芯片记录发动机运行数据。基于SUP75P03-07型MOS管设计点火器和起动电机驱动电路。油泵控制器和前罩控制器均基于PIC16F690芯片设计。油泵控制器通过I~2C总线接收主控制器指令,输出PWM信号驱动油泵工作。对于前罩控制器,转速信号调理由信号放大电路和滞环整形电路实现,热电偶信号调理电路基于AD8495芯片设计,电磁阀驱动电路基于ULN2003A达林顿管设计。主控制器软件基于uC/OS-Ⅲ实时操作系统设计,其中I~2C通信、SPI通信、AD采集通过直接数据通道访问DMA方式实现,提高了数据传输效率,节省了CPU资源;USART通信、PWM信号输出则通过任务调度实现。油泵控制器和前罩控制器软件基于前后台机制设计,采用中断方式实现I~2C通信。最后,设计和制作了煤油点火器,提出了一种煤油点火起动控制方法。制作了控制器样件,对主控制器和油泵控制器进行了联合调试,初步验证了微型涡轮发动机分布式控制系统的可行性。
【学位授予单位】：南京航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：V233.7
【图文】：

控制微型涡喷发动机起动，机型主要是 Simjet1200 和 KingTech K80。后期，主要研究方向使用燃料的起动方式和面向更多类型的微型涡轮发动机的研究，图 1.1(c)显示的 KingT210 是台湾的一块推力为 21KG 的微型涡喷发动机，所用的燃料只需航空煤油就可以成功，图 1.1(d)为微型涡桨发动机 Jetcat SPT15-RX，轴功率为 15kw，最大转速为 5859rpm。基些微型涡轮发动机和实验数据，南京航空航天大学微型涡轮发动机实验室建立了微型涡轮机模型，对微型涡轮发动机模型进行数字仿真实验和闭环控制数字仿真实验[25-29]；同时，了基于微型涡轮发动机模型的接口模拟器和电子控制器，并进行了实物在回路仿真实验[30,于设计好的上位机程序和微型涡轮发动机试车台架，实验室开展了微型涡轮发动机的手动和自动控制实验，并获得大量的实验数据和实验经验；基于微型涡轮发动机系统，还研究证了神经网络控制、自适应控制等[31-34]。(a) Simjet 1200 (b) KingTech K80

图 1.3 Jetcat P100 系统连接图(a) Jetcat P100 前罩内的控制器图 (b) 油泵内的控图 1.4 Jetcat P100 发动机前罩和油泵内部的控制器，是德国 Jetcat 公司的微型涡喷发动机 P100 的系统连接图，该系一个应用实例，控制系统中主要包括三块控制器，分别是 ECU，油制器。图 1.4 是 Jetcat P100 发动机前罩和油泵内部的控制器实物图燃料航空煤油实现发动机稳定、快速的点火起动和慢车以上运行控

(a) Jetcat P100 前罩内的控制器图 (b) 油泵内的控制器图 1.4 Jetcat P100 发动机前罩和油泵内部的控制器3 所示，是德国 Jetcat 公司的微型涡喷发动机 P100 的系统连接图，该系统是术的一个应用实例，控制系统中主要包括三块控制器，分别是 ECU，油泵内的控制器。图 1.4 是 Jetcat P100 发动机前罩和油泵内部的控制器实物图，该单一燃料航空煤油实现发动机稳定、快速的点火起动和慢车以上运行控制。要内容安排设计了基于 I2C 总线的微型涡轮发动机分布式控制系统，主要工作包括主控、前罩控制器和煤油点火器等的设计和调试。章是绪论，介绍课题研究背景，并对国内外研究现状进行分析。章是分布式控制系统总体设计，在进行需求分析的基础上，设计基于煤油点

【参考文献】

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本文编号：2768576