专利名称：涡轮流量计信号处理方法
技术领域：
本发明用于发动机控制系统半物理仿真试验，涉及一种对涡轮流量计信号的处理方法，用于满足发动机控制系统半物理仿真试验的实时性和精确性的要求，属于发动机控制系统仿真技术领域。发动机控制系统半物理仿真试验过程中，需要精确快速地测量燃油调节器输出的燃油流量，并及时地提供给发动机仿真模型计算机，用于构成发动机控制系统的闭环仿真回路，流量信号测量的实时性和精确性直接决定仿真系统的有效性和置信度。
背景技术：
在开展发动机控制系统半物理仿真试验或者研究控制系统动态供油特性的时候， 需要对动态变化的燃油流量在保证精度的前提下尽量快速地测量。涡轮流量计是一种速度式流量计，其输出信号的频率反映了流量的大小。优质的涡轮流量计，其输出脉冲信号的频率能快速地跟随流量大小的变化。一般采用测频法，即在一定的时间间隔内计数脉冲的数量，从而得到信号频率，由于涡轮流量计信号的频率一般只有数千Hz，为了保证测量精度往往需要较长的测量时间才能得到测量结果，因此实时性差。有人采取信号倍频的方法来提高测频法的实时性，但是基于锁相环技术的倍频电路的动态特性并不理想，频率快速变化时其锁定时间达到数百毫秒，而且由于涡轮叶片制造公差的原因，信号周期不稳定，锁相环也不稳定。如果采用测周法，可以保证实时性，但由于涡轮流量计信号周期不稳定，从而导致测量误差。为了提高实时性，有人采用动态测频测周法，即在期望的测量时间间隔内测量信号的周期数和总周期，然后得到平均周期，但是当信号的周期接近测量时间间隔时，平均作用无效，而当信号的周期大于测量时间间隔时，则无法得到测量结果，而且该方法没有利用涡轮流量计的循环周期特点，在实时性和精度方面的测量效率低。还有采用频率/电压(F/V)变换的方法，即通过测量电压信号间接测量频率，似乎可以避开测频法或测周法的实时性问题，但实际上F/V电路的动态特性并不理想，快速的频率变化导致其输出电压的滞后可达数百毫秒，因此实时性不好。本发明提出一种面向涡轮流量计信号高精度实时测量的方法，即通过对连续脉冲周期的试采样获取循环周期数，基于循环周期数平滑滚动测量脉冲群的平均周期，并且实时更新测量值。
发明内容
本发明的目的在于解决发动机控制系统半物理仿真试验中涡轮流量计信号的实时、精确测量问题，满足发动机控制系统半物理仿真试验的要求，提供一种精确快速的燃油流量测量方法。本发明为实现上述目的，采用如下技术方案本发明涡轮流量计信号处理方法，其特征在于所述方法如下
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利用计算机的定时计数器在脉冲周期采集程序控制下滚动采集涡轮流量计循环周期数个连续脉冲信号的脉冲群周期，每采集到一个新的脉冲就计算一次当前脉冲群的平均周期，由当前平均周期计算流量计的当前频率，从而得到当前流量；(a)、其中所述循环周期是根据涡轮流量计叶片数量确定周期数，是通过对连续脉冲周期的试采样并进行人工比对获得的；(b)、其中所述脉冲群周期采集的具体过程如下设置一个包含N+1个整型数元素的周期计数器数组，脉冲周期采集程序控制定时计数器通过边沿捕获的方法在每一个新的脉冲上升沿(或下降沿)到来时将高频循环计数器的当前数值记录到周期计数器数组中的第1单元中，从第2单元开始依次记录上一个脉冲上升沿(或下降沿)对应的计数器数值， 直到第N+1单元记录N个周期前脉冲上升沿对应的计数器数值，通过第1单元的数值与第 N+1单元数值获得脉冲群周期；(C)、其中所述滚动采集的具体过程如下每采集一次脉冲群周期，从第1单元开始依次将周期计数器数组中的当前单元的数值转移到后面一个单元中，直到第N单元的数值被转移到第N+1单元，第1个单元为新计数值的记录做好准备。所述步骤(a)中连续脉冲周期的试采样并进行人工比对的具体方法为在测量稳定流量时，根据预估的叶片数量，采集4至6倍叶片数的连续脉冲信号的周期，通过比较相邻脉冲周期的采样值大小变化规律确定重复周期，并利用剩余采样值对重复周期进行验证，即验证邻脉冲周期的采样值大小变化规律是否符合重复周期，脉冲周期采样值的重复周期即为该涡轮流量计的循环周期。所述步骤(b)中获得脉冲群周期的方法为当第1单元数值大于N+1单元数值时， 脉冲群周期为第1单元的数值与第N+1单元数值之差再乘以高频循环计数器的标准脉冲周期，当第1单元数值不大于N+1单元数值时，脉冲群周期为在第1单元的数值上加上高频循环计数器的模减去第N+1单元数值再乘以高频循环计数器的标准脉冲周期。本发明具有如下优点1)可以有效解决涡轮流量计信号处理中的精确性和实时性之间的矛盾，得到在较低频率下的最快速和最准确的测量结果，满足发动机控制系统半物理仿真试验的需求。2)可操作性好。对于具体的涡轮流量计，可以通过在其量程范围内的任意一点的流量信号脉冲周期进行试采样，获得涡轮流量计信号的周期规律，然后根据本发明方法编写测试程序，滚动采集涡轮流量计循环周期数个连续脉冲信号的脉冲群周期，即可实现针对特定流量计的实时、精确流量测量。
图1是本发明的发动机控制系统半物理仿真试验系统框图。图2是本发明的流量信号采集计算机软件模块框图。图3是本发明的循环周期数自适应学习计算机软件流程图。图4是本发明的实时流量信号采集计算机软件流程图。
具体实施例方式下面结合图1-图4具体说明本发明的方法。
如图1所示，在发动机控制系统半物理仿真试验系统中，燃油调节器根据发动机的状态调节燃油流量，涡轮流量计用于测量燃油调节器输出的实际调节流量，其输出信号的频率反映了流量大�。髁啃藕挪杉绦蛴糜谑凳弊既返夭饬啃藕诺钠德剩竦玫鼻叭加土髁恐担⒍Ｐ透萑加土髁恐导扑惴⒍淖刺⒍淖刺址蠢〉饺加偷鹘谄髦薪辛髁康鹘�。为了保证半物理仿真试验系统的有效性和置信度，要求流量测量要准确并且实时性好。如图2所示，流量信号采集计算机软件包括循环周期数自适应学习软件�？楹褪凳绷髁啃藕挪杉砑？榱讲糠�。在实时流量信号采集之前，必须先获得该涡轮流量计的循环周期数，这是通过循环周期数自适应学习软件�？槭迪值�。实时流量信号采集软件模块根据循环周期数滚动采集流量脉冲信号的脉冲群周期，进而实时计算当前流量。为了获得涡轮流量计的循环周期数，需要在流量比较稳定的情况下对涡轮流量计的脉冲周期进行试采样。如图3所示，连续采集M+1个脉冲信号的上升沿，然后分别计算这 M个脉冲的周期，分析相邻周期之间的周期规律，得到循环周期数，如结果不合理，则需要将流量调节得更稳定些，重新采样分析。图4是实时流量信号采集的软件流程图。在每一个脉冲信号的上升沿记录高频循环计数器的当前值到周期计数器数组的第1单元，然后根据第N+1单元与第1单元的数值之差计算当前脉冲群的循环周期。在求取脉冲群循环周期时，当第1单元数值大于N+1单元数值时，脉冲群周期为第1单元的数值与第N+1单元数值之差再乘以高频循环计数器的标准脉冲周期，当第1单元数值不大于N+1单元数值时，脉冲群周期为在第1单元的数值上加上高频循环计数器的模减去第N+1单元数值再乘以高频循环计数器的标准脉冲周期。根据脉冲群周期依次计算流量计的当前频率和当前流量。将数组的第1 N单元的数值依次向后转移一个单元，这样，第1单元空出，为新脉冲的上升沿对应的计数值记录做好准备， 实现了流量信号的滚动采集。实施例，对美国Floscan 201A-6涡轮流量计的流量测量Floscan 201A-6涡轮流量计在测量汽油时的流量测量范围为19 1900ml/min， 对应的脉冲信号频率为2. 2 四4. 6Hz。这里使用的高频循环计数器为32位，时钟源为 24MHz ο为了获得循环周期数，在一个比较稳定的流量下，从涡轮流量计得到30个连续脉
脉冲频率脉冲群实时频率 (Hz) 周期(s) (Hz)
18. 291 19.106
18.238
19.899 17.928
19.616 0. 318847 18. 81783
冲信号边上升沿计数值，如下表1所示。
表 1
序号
3上升沿脉冲周期脉冲周期7计数值计数值(S)1627828481262914057313120920.054672363039669212561190.05234463171258213158900.054831563291864512060630.050254663425729113386460.055779763548080012235090.050979
权利要求
1.一种涡轮流量计信号处理方法，其特征在于所述方法如下利用计算机的定时计数器在脉冲周期采集程序控制下滚动采集涡轮流量计循环周期数个连续脉冲信号的脉冲群周期，每采集到一个新的脉冲就计算一次当前脉冲群的平均周期，由当前平均周期计算流量计的当前频率，从而得到当前流量；(a)、其中所述循环周期是根据涡轮流量计叶片数量确定周期数，是通过对连续脉冲周期的试采样并进行人工比对获得的；(b)、其中所述脉冲群周期采集的具体过程如下设置一个包含N+1个整型数元素的周期计数器数组，脉冲周期采集程序控制定时计数器通过边沿捕获的方法在每一个新的脉冲上升沿(或下降沿)到来时将高频循环计数器的当前数值记录到周期计数器数组中的第1单元中，从第2单元开始依次记录上一个脉冲上升沿(或下降沿)对应的计数器数值，直到第 N+1单元记录N个周期前脉冲上升沿对应的计数器数值，通过第1单元的数值与第N+1单元数值获得脉冲群周期；(C)、其中所述滚动采集的具体过程如下每采集一次脉冲群周期，从第1单元开始依次将周期计数器数组中的当前单元的数值转移到后面一个单元中，直到第N单元的数值被转移到第N+1单元，第1个单元为新计数值的记录做好准备。
2.根据权利要求1所述涡轮流量计信号处理方法，其特征是所述步骤(a)中连续脉冲周期的试采样并进行人工比对的具体方法为在测量稳定流量时，根据预估的叶片数量，采集4至6倍叶片数的连续脉冲信号的周期，通过比较相邻脉冲周期的采样值大小变化规律确定重复周期，并利用剩余采样值对重复周期进行验证，即验证邻脉冲周期的采样值大小变化规律是否符合重复周期，脉冲周期采样值的重复周期即为该涡轮流量计的循环周期。
3.根据权利要求1所述涡轮流量计信号处理方法，其特征是所述步骤(b)中获得脉冲群周期的方法为当第1单元数值大于N+1单元数值时，脉冲群周期为第1单元的数值与第 N+1单元数值之差再乘以高频循环计数器的标准脉冲周期，当第1单元数值不大于N+1单元数值时，脉冲群周期为在第1单元的数值上加上高频循环计数器的模减去第N+1单元数值再乘以高频循环计数器的标准脉冲周期。
全文摘要
本发明公布了一种涡轮流量计信号处理方法，用于满足发动机控制系统半物理仿真试验的实时性和精确性的要求，属于发动机控制系统仿真技术领域。所述方法滚动采集涡轮流量计循环周期数个连续脉冲信号的脉冲群周期，每采集到一个新的脉冲就计算一次当前脉冲群的平均周期，由当前平均周期计算流量计的当前频率，从而得到当前流量。该方法能够解决现有技术中涡轮流量计信号测量的实时性与精确性之间的矛盾。
文档编号G01F1/32GK102175286SQ20111002145
公开日2011年9月7日 申请日期2011年1月19日 优先权日2011年1月19日
发明者张天宏, 徐建国, 王松, 黄向华 申请人:南京航空航天大学
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