Способ управления исполнительным механизмом дозатора топлива газотурбинного двигателя и система для его осуществления

Способ управления исполнительным механизмом дозатора топлива газотурбинного двигателя и система для его осуществления

Реферат

Группа изобретений относится к автоматическому управления силовыми установками и может быть использована для автоматического регулирования подачи топлива в газотурбинный двигатель.

Известен способ регулирования энергетической установки, согласно которому регулирующее устройство формирует управляющий сигнал пропорционально отклонению текущего значения сигнала регулируемого параметра от заданного значения. Управляющий сигнал формируют как сигнал рассогласования задающего сигнала с задатчика, проинтегрированного интегратором, и сигнала датчика обратной связи (датчика положения) о положении дозирующего органа, связанного с исполнительным механизмом его перемещения. Поступая на исполнительный механизм, управляющий сигнал инициирует его работу. Исполнительный механизм производит изменение положения дозирующего органа в соответствии со значением и знаком управляющего сигнала.

В процессе функционирования системы с выхода первого усилителя поступает нулевой сигнал, а с выхода сумматора на вход ограничителя поступает сигнал задатчика. Этот же сигнал поступает на вход второго усилителя и обрабатывается интегратором. Таким образом, на вход регулирующего устройства постоянно поступает проинтегрированный сигнал задатчика и сигнал датчика обратной связи, то есть происходит регулирование параметра, установленного задатчиком, который и осуществляет управление исполнительным механизмом газотурбинного двигателя.

Если величина сигнала рассогласования регулирующего устройства превышает определенный порог, то осуществляют смену канала регулирования, у которого значение сигнала рассогласования в данный момент времени меньше установленного порога.

Таким образом, в известном способе регулирования газотурбинной установки уменьшение зоны нечувствительности, а следовательно, повышение точности регулирования обеспечивается сменой регулируемых параметров с выбором каждый раз канала с наименьшим значением сигнала рассогласования.

Группа управляющих устройств, выполненная аналогично для каждого регулируемого параметра подсоединяется выходом регулирующего устройства каждой группы к селектору механизма, в котором осуществляется постоянное сравнение значений всех сигналов с выходов каждого регулирующего устройства, выбор минимального по значению сигнала и подача его на исполнительный механизм.

Известна многоканальная система регулирования энергетической установки, каждый канал которой содержит регулирующее устройство, один из входов которого соединен с датчиком обратной связи, первый усилитель, задатчик, сумматор, второй усилитель, интегратор, ограничитель.

Ко входу первого усилителя подключены выход регулирующего устройства того канала, который осуществляет регулирование исполнительного органа, а выход первого усилителя подключен к первому входу сумматора, второй вход которого соединен с задатчиком. Выход сумматора соединен со входом ограничителя, а выход задатчика соединен с первым входом второго усилителя, выход которого соединен со входом интегратора, а выход интегратора - со входом регулирующего устройства и со вторым входом второго усилителя (см. патент РФ №1758260, кл. F 02 C 9/26, 1992 г.) - наиболее близкий аналог для способа и системы.

В результате анализа известных способа и системы необходимо отметить, что обеспечение функционирования системы при ее управлении от канала параметра, имеющего минимальное значение сигнала рассогласования, уменьшает зону нечувствительности и позволяет повысить точность регулирования, однако использование идентичных каналов управления, каждый из которых использует для управления один из параметров газотурбинного двигателя, весьма усложняет систему, делает ее менее надежной, а использование селектора минимума сигнала рассогласования делает ее более инерционной. Кроме того, известные способ и система основаны на функционировании от сигнала рассогласования какого-либо параметра, который имеет наименьшее значение, однако они не предусматривают уменьшения зоны нечувствительности конкретного параметра.

Задачей настоящего изобретения является разработка способа и системы управления исполнительным механизмом дозатора топлива газотурбинного двигателя, позволяющих повысить точность регулирования за счет уменьшения зоны нечувствительности системы управления.

Поставленная задача обеспечивается тем, что в способе управления исполнительным механизмом дозатора топлива, включающем формирование управляющего сигнала, сигнала положения исполнительного механизма дозатора, сравнение этих сигналов и получение сигнала рассогласования, которым осуществляют воздействие на элемент управления исполнительным механизмом дозатора топлива, новым является то, что устанавливают два разных пороговых значения сигнала рассогласования и сравнивают с ними сигнал рассогласования, причем, если сигнал рассогласования превышает больший порог, то он подается на элемент управления исполнительным механизмом дозатора, который перемещает исполнительный механизм дозатора в направлении уменьшения сигнала ошибки, при значении сигнала рассогласования меньше большего порога его значение интегрируют и сравнивают с меньшим порогом и, если он больше данного значения, но меньше большего порогового значения, то на элемент управления дозирующим механизмом подается единичный импульс и элемент управления совершает единичное перемещение в направлении, определяемом знаком интеграла, перемещая исполнительный механизм дозатора в направлении уменьшения сигнала ошибки.

В системе управления исполнительным механизмом дозатора топлива газотурбинного двигателя, содержащей задатчик сигнала управления исполнительным механизмом, датчик положения дозатора топлива и элемент сравнения, первый вход которого соединен с выходом задатчика, а второй - с датчиком положения, и интегратор, первый вход которого соединен с выходом элемента сравнения, новым является то, что система снабжена управляемым генератором, переключателем, двумя компараторами, задатчиком направления коммутации и одновибратором, первый вход переключателя соединен с выходом управляемого генератора, соединенного с выходом элемента сравнения, второй вход переключателя соединен с выходом первого компаратора, вход которого соединен с выходом элемента сравнения, третий вход переключателя соединен через одновибратор с выходом второго компаратора, вход которого соединен с выходом интегратора, второй вход которого соединен с выходом второго компаратора, выход переключателя соединен с первым входом коммутатора, второй вход которого соединен с выходом задатчика направления коммутации, первый вход которого соединен с выходом элемента сравнения, а второй - с выходом интегратора.

Весьма эффективен данный способ и система при управлении исполнительного механизма дозатора дискретным регулирующим элементом, в качестве которого может быть использован шаговый двигатель.

При позиционировании исполнительного органа дозатора с помощью шагового двигателя сравнивают заданное и фактическое значения положения исполнительного органа и коммутируют обмотки шагового двигателя с частотой, зависящей от значения сигнала рассогласования. Когда абсолютная величина рассогласования ниже заранее установленного порогового значения, коммутацию обмоток прекращают (т.е. включается зона нечувствительности). Для повышения точности регулирования в задачах позиционирования зона нечувствительности должна быть как можно меньше. Однако в данном случае следует учитывать, что при малой зоне нечувствительности происходит частое включение шагового двигателя в работу, вследствие чего возможен преждевременный износ и выход из строя исполнительного механизма. Разработанные способ и система управления позволяют обеспечить эффективную работу исполнительного механизма с малыми зонами нечувствительности.

При проведении патентных исследований не обнаружены решения, идентичные заявленному способу и системе, а следовательно, заявленные способ и система управления соответствуют критерию «новизна».

Считаем, что сущность заявленной группы изобретений не следует явным образом из известных решений, а следовательно, заявленная группа изобретений соответствует критерию «изобретательский уровень».

Считаем, что сведений, изложенных в материалах заявки, достаточно для практического осуществления способа и системы управления.

Сущность заявленной группы изобретений поясняется графическими материалами, на которых представлена схема системы управления исполнительным механизмом дозатора топлива газотурбинного двигателя.

Способ управления исполнительным механизмом дозатора топлива газотурбинного двигателя осуществляют следующим образом.

В процессе работы газотурбинного двигателя управляющий сигнал задатчика сигнала управления сравнивается с сигналом датчика положения исполнительного механизма дозатора топлива и сигнал рассогласования (ошибки) подается на привод перемещения дозирующего механизма для регулирования положения последнего.

В случае, если значение сигнала рассогласования меньше заранее установленной величины (P₁) - больший порог, то сигнал управления положением дозирующего механизма на привод перемещения последнего не подается, то есть он находится в пределах зоны нечувствительности системы.

Если сигнал рассогласования больше установленного порогового значения (>P₁), то производится коммутация обмоток шагового двигателя с частотой, пропорциональной значению сигнала рассогласования, и ротор шагового двигателя вращается со скоростью, пропорциональной значению сигнала рассогласования, и дозирующий механизм (элемент) перемещается до тех пор, пока значение сигнала рассогласования не станет меньше установленного порогового значения (P₁).

Для уменьшения зоны нечувствительности регулирования положения дозирующего органа устанавливают второе пороговое значение (Р₂) - меньший порог для управляющего сигнала, значение которого меньше порогового значения (P₁), то есть P₂<P₁.

В случае, если сигнал рассогласования находится в интервале пороговых значений (между пороговыми значения Р₂ и P₁), производят интегрирование сигнала рассогласования (ошибки) и сравнивание его с пороговым значением (Р₂) и в случае, если значение сигнала рассогласования превышает значение порога (Р₂), но меньше значения (P₁), производят однократную коммутацию обмоток шагового двигателя в направлении, которое определяется знаком интеграла, что приведет к повороту ротора шагового двигателя на один шаг, в результате чего дозирующий орган переместится в направлении уменьшения сигнала ошибки.

Система управления исполнительным механизмом дозатора топлива газотурбинного двигателя выполнена в виде задатчика сигнала управления 1, выход которого соединен с первым входом элемента 2 сравнения. Выход элемента сравнения соединен со входом управляемого генератора 3 и с первым входом интегратора 4.

Выход управляемого генератора 3 соединен с первым входом переключателя 5, второй вход которого соединен с выходом первого компаратора 6, вход которого соединен с выходом элемента 2 сравнения.

Выход интегратора 4 соединен со входом второго компаратора 7. Выход переключателя 5 соединен с первым входом коммутатора обмоток 8, со вторым входом которого соединен выход задатчика 9, выполненного в виде выделителя знака. Первый вход задатчика 9 соединен с выходом элемента сравнения 2, а второй - с выходом интегратора 4.

Выход второго компаратора 7 соединен с входом одновибратора 10 и со вторым входом интегратора 4.

Выход одновибратора 10 соединен с третьим входом переключателя 5. Коммутатор 8 соединен с обмотками шагового двигателя 11, соединенного с исполнительным механизмом 14, который соединен с дозирующим органом 12, положение которого отслеживается датчиком 13, выход которого связан со вторым входом элемента сравнения 2.

Система управления функционирует следующим образом.

В процессе работы газотурбинного двигателя на элемент сравнения 2 поступают сигналы от задатчика сигнала управления 1 и от датчика 13. Элемент сравнения 2 формирует сигнал рассогласования (ошибки) по положению дозирующего органа как разность между управляющим сигналом от задатчика 1 и сигналом от датчика 13 (датчика обратной связи).

В зависимости от величины ошибки генератор 3 формирует частоту коммутации обмоток шагового двигателя 11.

Сигнал рассогласования с выхода элемента сравнения поступает также на вход второго компаратора 6. Если значения сигнала рассогласования больше установленного порога (P₁), то сигнал с выхода компаратора 6 переключает переключатель 5, через который осуществляется подача управляющих импульсов с генератора 3 на первый вход коммутатора 8. Выделитель знака 9 задает коммутатору 8 направление коммутации в зависимости от знака сигнала рассогласования. При коммутации обмоток шагового двигателя последний через исполнительный механизм 14 перемещает дозирующий орган 12 в направлении уменьшения абсолютного значения ошибки. Сигнал о новом положении дозирующего органа дозатора от датчика 13 поступает на второй вход элемента 2 сравнения.

В случае, если значение сигнала рассогласования меньше установленного порога (P₁), то сигнал рассогласования, поступающий с выхода элемента сравнения 2 на первый вход интегратора 4, интегрируется последним по времени и подается на компаратор 7, который при достижении проинтегрированным значением сигнала рассогласования по своей абсолютной величине значения меньшего порога включает одновибратор 10 и обнуляет значение интеграла. Сигнал с одновибратора 10 поступает на второй вход переключателя 5, а с него - на коммутатор 8 обмоток шагового двигателя 11. Направление коммутации задается выделителем знака 9 в зависимости от знака сигнала с выхода интегратора 4 до его обнуления. Шаговый двигатель 11 при этом делает один шаг и через исполнительный механизм 14 перемещает дозирующий орган 12 в направлении уменьшения абсолютного значения сигнала ошибки.

1. Способ управления исполнительным механизмом дозатора топлива газотурбинного двигателя, включающий формирование управляющего сигнала, сигнала положения исполнительного механизма дозатора, сравнение этих сигналов и получение сигнала рассогласования, в зависимости от величины которого осуществляют воздействие на элемент управления исполнительным механизмом дозатора топлива, отличающийся тем, что устанавливают два разных пороговых значения сигнала рассогласования, разных по величине, и сравнивают с ними сигнал рассогласования, причем если сигнал рассогласования превышает больший порог, то он подается на элемент управления исполнительным механизмом дозатора, который перемещает исполнительный элемент дозатора в направлении уменьшения сигнала ошибки, при значении сигнала рассогласования меньшем большего порога его значение интегрируют и сравнивают с меньшим порогом, и если он больше данного значения, но меньше большего порогового значения, то на элемент управления дозирующим механизмом подается единичный импульс и элемент управления совершает единичное перемещение в направлении, определяемом знаком интеграла, перемещая исполнительный механизм дозатора в направлении уменьшения сигнала ошибки.

2. Система управления исполнительным механизмом дозатора топлива газотурбинного двигателя, содержащая задатчик сигнала управления исполнительным механизмом, датчик положения дозатора топлива и элемент сравнения, первый вход которого соединен с выходом задатчика, а второй - с датчиком положения, и интегратор, первый вход которого соединен с выходом элемента сравнения, отличающаяся тем, что система снабжена управляемым генератором, переключателем, двумя компараторами, задатчиком направления коммутации и одновибратором, первый вход переключателя соединен с выходом управляемого генератора, соединенного с выходом элемента сравнения, второй вход переключателя соединен с выходом первого компаратора, вход которого соединен с выходом элемента сравнения, третий вход переключателя соединен через одновибратор с выходом второго компаратора, вход которого соединен с выходом интегратора, второй вход которого соединен с выходом второго компаратора, выход переключателя соединен с первым входом коммутатора, второй вход которого соединен с выходом задатчика направления коммутации, первый вход которого соединен с выходом элемента сравнения, а второй - с выходом интегратора.