一种液体发动机的电气控制系统和方法与流程

1.本技术涉及液体发动机技术领域，具体而言，涉及一种液体发动机的电气控制系统和方法。


背景技术：

2.目前，液体发动机地面试验主要是通过建设试车台，试车台包括前端搭建供气和配气系统，和后端控制和显示系统。其中，控制和显示系统成本较高，且在完成地面试验之后，为了完成飞行试验，还需要开发液体发动机控制系统。
3.基于此，本领域技术人员急需一种液体发动机的电气控制系统和方法，能够完成液体发动机地面的各项试验。


技术实现要素：

4.本技术的实施例提供了一种液体发动机的电气控制系统和方法，能够完成液体发动机地面的各项试验。
5.本技术的其他特性和优点将通过下面的详细描述变得显然，或部分地通过本技术的实践而习得。
6.根据本技术实施例的一个方面，提供了一种液体发动机的电气控制系统，所述电气控制系统包括：液体发动机，所述液体发动机包括燃烧装置、涡轮泵、阀门、发动机伺服机构；中心计算机，所述中心计算机包括主控板和测控板，并运行有主控软件和测控软件；测量单机，所述测量单机用于采集所述液体发动机至少一个位置的传感器数据；控制和实时显示单机，所述控制和实时显示单机用于显示所述传感器数据、阀门数据、以及发动机伺服结构数据；其中，所述电气控制系统系统的各部分通过can总线和以太网连接。
7.在本技术的一些实施例中，所述主控软件设置有三种工作模式，分别为主控软件空闲状态、主控软件测试状态以及主控软件测控状态；其中，在所述主控软件空闲状态下，所述主控软件发送自检信息以及时间戳信息；在所述主控软件测试状态下，所述主控软件发送所述自检信息、所述时间戳信息，并进行液体发动机起动测试、液体发动机关机测试、液体发动机阀门测试、以及发动机伺服机构测试；在所述主控软件测控状态下，所述主控软件发送所述自检信息、所述时间戳信息，并进行液体发动机起动控制、液体发动机关机控制、发动机伺服摇摆控制、液体发动机推力调节控制。
8.在本技术的一些实施例中，基于前述方案，所述测控软件设置有两种工作模式，分别为测控软件空闲状态以及测控软件测控状态，所述测控软件用于完成设备自检，执行阀门控制命令和液体发动机火工品控制命令，并反馈所述阀门的状态信息。
9.在本技术的一些实施例中，基于前述方案，所述测量单机包括数据处理板以及数据处理fpga软件和arm软件。
10.在本技术的一些实施例中，基于前述方案，所述控制和实时显示单机包括前端单机、后端单机和控制和实时显示软件，所述前端单机和所述后端单机之间通过以太网连接。
11.根据本技术实施例的一个方面，提供了一种液体发动机的电气控制方法，所述方法如上所述的电气控制系统实现，所述方法包括：启动所述电气控制系统，执行针对所述电气控制系统的自检操作；执行所述液体发动机起动前的准备工作，对所述阀门执行通电或断电操作；获取试验代号，所述试验代号用于表征针对所述液体发动机的不同试验类型；根据所述试验代号，控制所述电气控制系统执行对应的试验操作。
12.在本技术的一些实施例中，基于前述方案，所述启动所述电气控制系统，执行针对所述电气控制系统的自检操作，包括：启动所述控制和实时显示单机，启动所述控制和实时显示软件；检查所述can总线状态，为所述中心计算机进行配电；分别检查所述主控软件和所述测控软件的自检信息状态；检查所述液体发动机各组件的状态。
13.在本技术的一些实施例中，基于前述方案，所述执行所述液体发动机起动前的准备工作，包括：切换所述主控软件的运行方式为所述主控软件测控状态，切换所述测控软件的运行方式为所述测控软件测控状态；分别执行针对所述阀门和所述发动机伺服机构的工作状态测试；向所述主控软件发送地面允许点火信号，所述主控软件记录当前时刻所述阀门的开关状态，再向所述主控软件发送时统信号。
14.在本技术的一些实施例中，基于前述方案，所述根据所述试验代号，控制所述电气控制系统执行对应的试验操作，包括：所述主控软件根据所述试验代号，执行对应的操作，包括发送液体发动机电磁阀开关动作命令、发送液体发动机火工品开关动作命令、发送液体发动机阀门位置命令、发送发动机伺服机构位置命令，接收阀门位置反馈信息、接收发动机伺服位置反馈信息；所述测控软件根据所述阀门开关动作命令和所述液体发动机火工品开关动作命令，执行对应的动作；所述阀门接收并执行所述液体发动机阀门位置命令，并发送所述阀门位置反馈信息；所述发动机伺服机构接收并执行所述发动机伺服机构位置命令，并发送所述发动机伺服位置反馈信息。
15.在本技术的一些实施例中，基于前述方案，所述方法还包括：所述主控软件根据所述阀门位置反馈信息和所述发动机伺服位置反馈信息，判断所述阀门和所述发动机伺服机构是否处于卡滞状态，以此来确定是否要继续执行对应试验代号的其他动作；所述主控软件根据接收到的测量单机发送的传感器数据，来判断所述液体发动机各组件是否处于正常工作状态，以此来确定是否要继续执行对应试验代号的其他动作。
16.基于上述方案，本技术至少具备以下优点或进步之处：
17.在本技术的一些实施例所提供的技术方案中，所述电气控制系统包括：液体发动机、中心计算机、测量单机、控制和实时显示单机、网络交换机，所组建的系统有安全、稳定、可靠、小巧、灵活和经济性好等特点。有利于液体发动机各项地面试验的开展，对液体发动机的考核提供了有力保障，是一种综合水平较高的系统。在需要进行试验时，可以按照预设的电气控制方法开展不同类型的液体发动机试验，主要包括冷调试验、单项测试、综合测试、推力调节试验、伺服摇摆试验，通过在中心计算机主控软件和测控软件，以及前端控制和实时显示单机中增加可靠性和冗余措施，系统可靠性高。
18.应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本技术。
附图说明
19.此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本技术的实施例，并与说明书一起用于解释本技术的原理。
20.显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
21.在附图中：
22.图1示出了根据本技术的一个实施例中的液体发动机的电气控制系统结构简图；
23.图2示出了根据本技术的一个实施例中的液体发动机的电气控制方法流程简图；
24.图3示出了根据本技术的一个实施例中的液体发动机的电气控制方法流程简图；
25.图4示出了根据本技术的一个实施例中的液体发动机的电气控制方法流程简图；
26.图5示出了根据本技术的一个实施例中的液体发动机的电气控制方法流程简图。
具体实施方式
27.现在将参考附图更全面地描述示例实施方式。然而，示例实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的范例；相反，提供这些实施方式使得本技术将更加全面和完整，并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。
28.此外，所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施例中。在下面的描述中，提供许多具体细节从而给出对本技术的实施例的充分理解。然而，本领域技术人员将意识到，可以实践本技术的技术方案而没有特定细节中的一个或更多，或者可以采用其它的方法、组元、装置、步骤等。在其它情况下，不详细示出或描述公知方法、装置、实现或者操作以避免模糊本技术的各方面。
29.请参阅图1。
30.图1示出了根据本技术的一个实施例中的液体发动机的电气控制系统结构简图，如图1所示，所述电气控制系统可以包括：液体发动机101，所述液体发动机101包括燃烧装置10101、涡轮泵10102、阀门10103、发动机伺服机构10104；中心计算机102，所述中心计算机102包括主控板10201和测控板10202，并运行有主控软件和测控软件；测量单机103，所述测量单机103用于采集所述液体发动机至少一个位置的传感器数据；控制和实时显示单机104，所述控制和实时显示单机用于显示所述传感器数据、阀门数据、以及发动机伺服结构数据；；其中，所述电气控制系统系统的各部分通过can总线和以太网连接。
31.在本技术中，所述电气控制系统可以包括一种液体发动机，一种中心计算机，一种测量单机，一种控制和实时显示单机、以及网络交换机、程控继电器、电源和线缆网等。系统通过can总线、以太网连接，通过控制和实时显示单机，完成对液体发动机的各项测试；测试完成后，控制和实时显示单机对中心计算机上传试验代号；中心计算机根据试验代号执行对应的试验；整个过程中，测量单机采集分布在发动机不同位置的传感器数据，控制和实时显示单机显示传感器和发动机调节阀和伺服机构数据。
32.在本技术中，所述液体发动机可以包括燃烧装置(如推力室、燃气发生器等)、涡轮泵、阀门(如液体发动机调节阀和液体发动机电磁阀等)、发动机伺服机构等组件。液体发动机调节阀可以接收液体发动机调节阀位置命令，并在can总线上反馈位置信息。发动机伺服机构可以接收发动机伺服位置命令，并在can总线上反馈位置信息。
33.在本技术中，所述中心计算机，主要包括中心计算机的主控板和中心计算机的测控板以及中心计算机的主控软件和中心计算机的测控软件。主控软件可以运行在dsp处理器tms320c6713b中，测控软件可以运行在dsp处理器tms320c28335中。
34.在本技术中，所述主控软件可以设置有三种工作模式，分别为主控软件空闲状态、主控软件测试状态以及主控软件测控状态；其中，在所述主控软件空闲状态下，所述主控软件发送自检信息以及时间戳信息；在所述主控软件测试状态下，所述主控软件发送所述自检信息、所述时间戳信息，并进行液体发动机起动测试、液体发动机关机测试、液体发动机阀门测试、以及发动机伺服机构测试；在所述主控软件测控状态下，所述主控软件发送所述自检信息、所述时间戳信息，并进行液体发动机起动控制、液体发动机关机控制、发动机伺服摇摆控制、液体发动机推力调节控制。
35.在本技术中，所述主控软件与其他单机(或者软件)的接口是can总线，接收can总线发来的切换工作状态命令、试验代号选择命令、允许点火命令、液体发动机电磁阀状态信息、时统信号、液体发动机调节阀位置反馈信息、发动机伺服位置反馈信息。
36.在本技术中，所述主控软件可以往can总线上发送自检信息、时间戳信息、液体发动机电磁阀控制命令、液体发动机火工品控制命令、液体发动机调节阀位置控制命令、发动机伺服位置命令、以及紧急关机状态信息。
37.在本技术中，所述测控软件可以设置有两种工作模式，分别为测控软件空闲状态以及测控软件测控状态，所述测控软件用于完成设备自检，执行阀门控制命令和液体发动机火工品控制命令，并反馈所述阀门的状态信息。
38.在本技术中，测控软件与其他单机(或者软件)的接口是can总线，接收can总线发来的对时信息、液体发动机电磁阀控制命令、液体发动机火工品控制命令。
39.在本技术中，测控软件可以往can总线上发送自检信息、液体发动机电磁阀状态信息、液体发动机火工品状态信息、时统信号、以及紧急关机信息。
40.在本技术中，所述测量单机包括数据处理板以及数据处理fpga软件和arm软件。软件可以运行在zynq7000中，测量单机接收分布在液体发动机不同位置的传感器数据，将传感器数据发往can总线。各种传感器采集到的数据有正常范围和异常范围，超出正常范围的数据则为异常数据。
41.在本技术中，所述控制和实时显示单机包括前端单机、后端单机以及控制和实时显示软件，所述前端单机和所述后端单机之间通过以太网连接。后端可以通过以太网，以远程桌面的形式连接前端。控制和实时显示软件可以运行在canoe中，使用capl开发，主要实现各个单机断配电、监测液体发动机阀门(如液体发动机电磁阀)开关状态、监测液体发动机传感器数据、监测液体发动机伺服机构位置、监测液体发动机调节阀位置和状态；控制液体发动机阀门(电磁阀)开关、控制液体发动机素服机构位置、控制液体发动机调节阀位置、控制中心计算机主控软件执行的试验代号、在合适的时机给中心计算机主控软件发送允许点火信号。
42.在本技术中，所述can总线可以为can2.0b标准，采用拓展帧格式传递，包括消息id和消息id对应的数据，消息id主要有消息优先级、消息代号、源地址、目的地址、消息类别(帧内编号)。所述消息优先级可以按照紧急控制、一般控制、紧急测试、一般测试来区分；所述消息代号可以按照试车时间戳、时间对齐、时序及电磁阀控制、一般控制命令来区分：所
述源地址可以按照主控板、测控板、调节阀伺服、发动机伺服、前端控制和实时显示单机、测量单机依次划分；所述目的地址可以按照主控板、测控板、调节阀伺服、发动机伺服、前端控制和实时显示单机、测量单机依次划分；消息类别(帧内编号)按照同一消息，编号累加的方式来区分。
43.请参阅图2，图2示出了根据本技术的一个实施例中的液体发动机的电气控制方法流程简图，如图2所示，所述方法可以包括步骤s201-s204：
44.步骤s201，启动所述电气控制系统，执行针对所述电气控制系统的自检操作。
45.步骤s203，获取试验代号，所述试验代号用于表征针对所述液体发动机的不同试验类型。
46.步骤s202，执行所述液体发动机起动前的准备工作，对所述阀门执行通电或断电操作。
47.步骤s204，根据所述试验代号，控制所述电气控制系统执行对应的试验操作。接下来请参阅图3，图3示出了根据本技术的一个实施例中的液体发动机的电气控制方法流程简图，在步骤s201中，所述启动所述电气控制系统，执行针对所述电气控制系统的自检操作的方法可以包括步骤s301-s304：
48.步骤s301，启动所述控制和实时显示单机，启动所述控制和实时显示软件。
49.步骤s302，检查所述can总线状态，为所述中心计算机进行配电。
50.步骤s303，分别检查所述主控软件和所述测控软件的自检信息状态。
51.步骤s304，检查所述液体发动机各组件的状态。
52.在本技术中，在进行实际试验前，需要连接系统的各部分的电缆网，然后启动前后端控制和实时显示单机，启动控制和实时显示软件，并检查can总线状态，给中心计算机配电；再检查中心计算机主控软件和中心计算机测控软件自检信息状态；最后检查液体发动机各组件的状态。
53.在本技术中，获取试验代号的方法可以包括提前给中心计算机的主控软件上传特定的试验代号。
54.接下来请参阅图4，图4示出了根据本技术的一个实施例中的液体发动机的电气控制方法流程简图，在步骤s203中，所述执行所述液体发动机起动前的准备工作的方法可以包括步骤s401-s403：
55.步骤s401，切换所述主控软件的运行方式为所述主控软件测控状态，切换所述测控软件的运行方式为所述测控软件测控状态。
56.步骤s402，分别执行针对所述阀门和所述发动机伺服机构的工作状态测试。
57.步骤s403，向所述主控软件发送地面允许点火信号，所述主控软件记录当前时刻所述阀门的开关状态，再向所述主控软件发送时统信号。
58.在本技术中，在进行试验前的准备工作时，需要先切换中心计算机主控软件的运行方式为测控状态，切换中心计算机测控软件的运行方式为测控状态；再进行液体发动机调节阀和发送机伺服机构的测试，确保执行机构可以正常工作；然后对液体发动机阀门执行通电(开)和断电(关)操作；最后可以给中心计算机主控软件发送地面允许点火信号，中心计算机主控软件记录当前液体发动机阀门当前的开关状态，并给中心计算机主控软件发送时统信号。
59.接下来请参阅图5，图5示出了根据本技术的一个实施例中的液体发动机的电气控制方法流程简图，在步骤s204中，所述根据所述试验代号，控制所述电气控制系统执行对应的试验操作的方法可以包括步骤s501-s504：
60.步骤s501，所述主控软件根据所述试验代号，执行对应的操作。
61.其中，执行的操作可以包括发送液体发动机电磁阀开关动作命令、发送液体发动机火工品开关动作命令、发送液体发动机阀门位置命令、发送发动机伺服机构位置命令，接收阀门位置反馈信息、接收发动机伺服位置反馈信息。
62.步骤s502，所述测控软件根据所述阀门开关动作命令和所述液体发动机火工品开关动作命令，执行对应的动作；
63.步骤s503，所述阀门接收并执行所述液体发动机阀门位置命令，并发送所述阀门位置反馈信息。
64.步骤s504，所述发动机伺服机构接收并执行所述发动机伺服机构位置命令，并发送所述发动机伺服位置反馈信息。
65.在本技术中，所述主控软件根据所述阀门位置反馈信息和所述发动机伺服位置反馈信息，判断所述阀门和所述发动机伺服机构是否处于卡滞状态，以此来确定是否要继续执行对应试验代号的其他动作；所述主控软件根据接收到的测量单机发送的传感器数据，来判断所述液体发动机各组件是否处于正常工作状态，以此来确定是否要继续执行对应试验代号的其他动作。
66.在本技术中，如果液体发动机在试验过程中，液体发动机调节阀、液体发动机伺服摇摆机构均不卡滞，测量单机采集的传感器数据均为正常范围，中心计算机主控软件继续执行对应试验代号的动作；如果液体发动机在试验过程中，液体发动机调节阀、液体发动机伺服机构其一或者全部被判断为卡滞，测量单机采集的传感器数据其一或者全部被判断为异常范围，中心计算机的主控软件可以停止当前时间周期的动作，往can总线上发送紧急关机信息。紧急关机信息中包含了液体发动机调节阀、液体发动机伺服机构、测量单机采集的传感器数据对应的错误信息。控制和实时显示单机采集到紧急关机信息，供试验人员分析和决策。在试验过程中，试验人员可以随时执行关机操作，关机操作会关闭液体发动机特定电磁阀和火工品，以保证试验设备和人员安全。
67.在本技术的一些实施例所提供的技术方案中，所述电气控制系统包括：液体发动机、中心计算机、测量单机、控制和实时显示单机、网络交换机，所组建的系统有安全、稳定、可靠、小巧、灵活和经济性好等特点。有利于液体发动机各项地面试验的开展，对液体发动机的考核提供了有力保障，是一种综合水平较高的系统。在需要进行试验时，可以按照预设的电气控制方法开展不同类型的液体发动机试验，主要包括冷调试验、单项测试、综合测试、推力调节试验、伺服摇摆试验，通过在中心计算机主控软件和测控软件，以及前端控制和实时显示单机中增加可靠性和冗余措施，系统可靠性高。
68.本技术提供的电气控制系统，单机少、成本低，部分单机产品(程控继电器)采用市购产品，进一步缩减了成本，由各单机组装而成，便携性好。本技术提供的电气控制方法，考虑了在液体火箭发动机地面试验过程中遇到的各种问题，并提供了解决措施，可靠性高。
69.本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的实施方式后，将容易想到本技术的其它实施方案。本技术旨在涵盖本技术的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用
途或者适应性变化遵循本技术的一般性原理并包括本技术未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。
70.应当理解的是，本技术并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本技术的范围仅由所附的权利要求来限制。

技术特征：
1.一种液体发动机的电气控制系统，其特征在于，所述电气控制系统包括：液体发动机，所述液体发动机包括燃烧装置、涡轮泵、阀门、发动机伺服机构；中心计算机，所述中心计算机包括主控板和测控板，并运行有主控软件和测控软件；测量单机，所述测量单机用于采集所述液体发动机至少一个位置的传感器数据；控制和实时显示单机，所述控制和实时显示单机用于显示所述传感器数据、阀门数据、以及发动机伺服结构数据；其中，所述电气控制系统系统的各部分通过can总线和以太网连接。2.根据权利要求1所述的电气控制系统，其特征在于，所述主控软件设置有三种工作模式，分别为主控软件空闲状态、主控软件测试状态以及主控软件测控状态；其中，在所述主控软件空闲状态下，所述主控软件发送自检信息以及时间戳信息；在所述主控软件测试状态下，所述主控软件发送所述自检信息、所述时间戳信息，并进行液体发动机起动测试、液体发动机关机测试、液体发动机阀门测试、以及发动机伺服机构测试；在所述主控软件测控状态下，所述主控软件发送所述自检信息、所述时间戳信息，并进行液体发动机起动控制、液体发动机关机控制、发动机伺服摇摆控制、液体发动机推力调节控制。3.根据权利要求2所述的电气控制系统，其特征在于，所述测控软件设置有两种工作模式，分别为测控软件空闲状态以及测控软件测控状态，所述测控软件用于完成设备自检，执行阀门控制命令和液体发动机火工品控制命令，并反馈所述阀门的状态信息。4.根据权利要求3所述的电气控制系统，其特征在于，所述测量单机包括数据处理板以及数据处理fpga软件和arm软件。5.根据权利要求4所述的电气控制系统，其特征在于，所述控制和实时显示单机包括前端单机、后端单机和控制以及实时显示软件，所述前端单机和所述后端单机之间通过以太网连接。6.一种液体发动机的电气控制方法，其特征在于，所述方法基于权利要求5所述的电气控制系统实现，所述方法包括：启动所述电气控制系统，执行针对所述电气控制系统的自检操作；执行所述液体发动机起动前的准备工作，对所述阀门执行通电或断电操作；获取试验代号，所述试验代号用于表征针对所述液体发动机的不同试验类型；根据所述试验代号，控制所述电气控制系统执行对应的试验操作。7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述启动所述电气控制系统，执行针对所述电气控制系统的自检操作，包括：启动所述控制和实时显示单机，启动所述控制和实时显示软件；检查所述can总线状态，为所述中心计算机进行配电；分别检查所述主控软件和所述测控软件的自检信息状态；检查所述液体发动机各组件的状态。8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述执行所述液体发动机起动前的准备工作，包括：切换所述主控软件的运行方式为所述主控软件测控状态，切换所述测控软件的运行方式为所述测控软件测控状态；分别执行针对所述阀门和所述发动机伺服机构的工作状态测试；
向所述主控软件发送地面允许点火信号，所述主控软件记录当前时刻所述阀门的开关状态，再向所述主控软件发送时统信号。9.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述根据所述试验代号，控制所述电气控制系统执行对应的试验操作，包括：所述主控软件根据所述试验代号，执行对应的操作，包括发送液体发动机电磁阀开关动作命令、发送液体发动机火工品开关动作命令、发送液体发动机阀门位置命令、发送发动机伺服机构位置命令，接收阀门位置反馈信息、接收发动机伺服位置反馈信息；所述测控软件根据所述阀门开关动作命令和所述液体发动机火工品开关动作命令，执行对应的动作；所述阀门接收并执行所述液体发动机阀门位置命令，并发送所述阀门位置反馈信息；所述发动机伺服机构接收并执行所述发动机伺服机构位置命令，并发送所述发动机伺服位置反馈信息。10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：所述主控软件根据所述阀门位置反馈信息和所述发动机伺服位置反馈信息，判断所述阀门和所述发动机伺服机构是否处于卡滞状态，以此来确定是否要继续执行对应试验代号的其他动作；所述主控软件根据接收到的测量单机发送的传感器数据，来判断所述液体发动机各组件是否处于正常工作状态，以此来确定是否要继续执行对应试验代号的其他动作。

技术总结
本本申请涉及液体发动机技术领域，具体而言，涉及一种液体发动机的电气控制系统和方法，所述电气控制系统包括：液体发动机、中心计算机、测量单机、控制和实时显示单机、网络交换机。在需要进行试验时，可以按照预设的电气控制方法开展不同类型的液体发动机试验。本申请提供的电气控制系统，单机少、成本低，由各单机组装而成，便携性好。本申请提供的电气控制方法，考虑了在液体火箭发动机地面试验过程中容易面临的各种问题，并提供了解决措施，可靠性高。高。高。


技术研发人员：黄威 彭志超 柯鸿飞 李松林 杨笑天 王弘亚 杨发亮 杨凯铜
受保护的技术使用者：航天科工火箭技术有限公司
技术研发日：2023.04.18
技术公布日：2023/7/20