RU2172857C1 - Gas-turbine engine automatic control system - Google Patents

Gas-turbine engine automatic control system

Info

Publication number
RU2172857C1
RU2172857C1 RU2000102368A RU2000102368A RU2172857C1 RU 2172857 C1 RU2172857 C1 RU 2172857C1 RU 2000102368 A RU2000102368 A RU 2000102368A RU 2000102368 A RU2000102368 A RU 2000102368A RU 2172857 C1 RU2172857 C1 RU 2172857C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
input
output
key
comparison
gas temperature
Prior art date
Application number
RU2000102368A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
В.И. Петунин
А.И. Фрид
П.В. Кузнецов
Original Assignee
Уфимский государственный авиационный технический университет
Filing date
Publication date
Application filed by Уфимский государственный авиационный технический университет filed Critical Уфимский государственный авиационный технический университет
Application granted granted Critical
Publication of RU2172857C1 publication Critical patent/RU2172857C1/en

Links

Images

Abstract

FIELD: mechanical engineering; gas-turbine engines. SUBSTANCE: proposed gas-turbine engine automatic control system has two control channels: rotor speed control channel and gas temperature limiting control channel and also minimum algebraic selector and actuator. As distinct from widely known systems, proposed system is provided with rotor speed channel correcting element, two adding elements, difference correcting element, first key, memory device, comparator, differentiator, third comparison element, second key, gas temperature limiting open channel reference model, fourth comparison element, self-adjusting device. Series-connected correcting element of rotor speed channel, first adding element and second adding element are connected to output of minimum algebraic selector. Output of second adding element in connected to input of actuator. Difference correcting element is connected also to output of minimum algebraic selector. Output of difference correcting element is connected with first input of first key and first input of memory device. Outputs of first key and memory device are connected, respectively, to second and third inputs of first adding element. Inputs of comparator are connected to outputs of first and second comparison elements, and output is connected with second input of first key and with input of differentiator whose output is connected with second input of memory device. Output of gas temperature setter is connected with first input of third comparison element, second key and gas temperature limiting open channel reference model being connected in series with third comparison element. Output of gas temperature limiting open channel reference model is connected with second input of third comparison element. Second input of second key is connected with output of comparator. Inputs of fourth comparison element are connected with outputs of second and third comparison elements, and output is connected with input of self-adjusting device whose output is connected with second input of second adding element. EFFECT: improved dynamic accuracy of control at selecting by eliminating short overtemperatures, abrupt changes of temperature and zone of combined operation of channels. 2 dwg

Description

Изобретение относится к области систем автоматического регулирования (САР) газотурбинного двигателя (ГТД). The invention relates to the field of automatic control systems (ATS) of a gas turbine engine (GTE).

Известна САР ГТД, воздействующая на один регулирующий фактор, содержащая измерители выходных параметров, элементы сравнения и исполнительный механизм, причем сигнал с регулятора температуры газа непосредственно действует на настройку регулятора частоты вращения ротора ГТД [Интегральные системы автоматического управления силовыми установками самолетов/ Под ред. А.А.Шевякова М.: Машиностроение, 1983 - 283 с. Стр. 108, рис.3,7]. Недостатком такой схемы является уменьшение запасов устойчивости, уменьшение допустимых коэффициентов усиления в канале управления и ухудшение динамической точности регулирования при совместной работе регуляторов. Known SAR GTE, acting on one regulatory factor, containing measuring instruments of output parameters, comparison elements and an actuator, the signal from the gas temperature regulator directly affecting the setting of the rotor speed controller of the GTE [Integrated systems for automatic control of aircraft power plants / Ed. A.A.Shevyakova M .: Mechanical Engineering, 1983 - 283 p. Page 108, Fig. 3.7]. The disadvantage of this scheme is the reduction of stability margins, the reduction of allowable gain in the control channel and the deterioration of the dynamic control accuracy during joint operation of the regulators.

Известна САР ГТД, в которой для устранения отрицательного влияния взаимодействия регуляторов на характеристики системы регулирования с одним регулирующим фактором применяют системы, которые включают в себя каналы регулирования частоты вращения ротора ГТД и температуры газа, селектор минимума и исполнительный механизм [Боднер В.Д., Рязанов Ю.А, Шаймарданов Ф.А. Системы автоматического управления двигателями летательных аппаратов. - М.: Машиностроение, 1973. - 248 с. Стр. 181, рис.4,6]. Недостатком этой схемы является то, что взаимодействие каналов управления сохраняется на переходных режимах. Known SAR GTD, in which to eliminate the negative impact of the interaction of regulators on the characteristics of the control system with one regulatory factor, systems are used that include channels for regulating the speed of the rotor of the gas turbine engine and gas temperature, a minimum selector and an actuator [Bodner V.D., Ryazanov Yu.A., Shaimardanov F.A. Automatic control systems for aircraft engines. - M.: Mechanical Engineering, 1973. - 248 p. Page 181, Fig. 4.6]. The disadvantage of this scheme is that the interaction of the control channels is maintained in transient modes.

Наиболее близким по достигаемому техническому результату, выбранным за ближайший аналог, является САР ГТД, содержащая измерители частоты вращения ротора ГТД и температуры газа, регуляторы этих параметров, селектор минимума, исполнительное устройство, воздействующее на расход топлива [Интегральные системы автоматического управления силовыми установками самолетов /Под ред. А.А.Шевякова - М.: Машиностроение, 1983. -283 с. Стр. 126, рис.3.26]. The closest technical result to be achieved, chosen for the closest analogue, is the SAR GTD, which contains measuring instruments for the rotor speed of the gas turbine engine and gas temperature, regulators of these parameters, a minimum selector, an actuator affecting fuel consumption [Integrated systems for automatic control of aircraft power plants / Pod ed. A.A.Shevyakova - M.: Mechanical Engineering, 1983. -283 p. Page 126, Fig. 3.26].

Эта САР ГТД имеет невысокую динамическую точность и заброс по температуре при селектировании, что можно объяснить следующим образом. This ATS GTE has a low dynamic accuracy and temperature cast during selection, which can be explained as follows.

ГТД имеет различные динамические характеристики по разным выходным параметрам управления относительно расхода топлива. GTE has different dynamic characteristics for different output control parameters relative to fuel consumption.

Рассмотрим САР двухмерным объектом с одним управляющим воздействием, в которой используется алгебраический селектор. Первый канал этой САР является каналом управления, определяющим режим работы объекта по выходной координате Y1 его заданная величина Y10 зависит от времени. Второй канал - канал ограничения, его заданная величина Y20 является постоянной и определяет максимальный режим работы объекта по координате Y2.Consider an ATS with a two-dimensional object with one control action, in which an algebraic selector is used. The first channel of this ATS is a control channel that determines the operation mode of the object by the output coordinate Y 1; its predetermined value Y 10 depends on time. The second channel is the restriction channel, its predetermined value Y 20 is constant and determines the maximum mode of operation of the object by the coordinate Y 2 .

Передаточные функции объекта управления по координате Y1:

Figure 00000002

по координате Y2:
Figure 00000003

где K1, K2 - коэффициент передачи;
A1(p), A2(p), B(p) - полиномы, зависящие от вида объекта.Transfer functions of the control object along the coordinate Y 1 :
Figure 00000002

along the coordinate Y 2 :
Figure 00000003

where K 1 , K 2 - gear ratio;
A 1 (p), A 2 (p), B (p) are polynomials depending on the type of object.

Примем, что порядок A1(p) меньше, чем порядок B(p), а порядок A2(p) равен порядку B(p).We assume that the order A 1 (p) is less than the order B (p), and the order A 2 (p) is equal to the order B (p).

Такое математическое описание характерно, например, для динамических характеристик газотурбинного двигателя по частоте вращения ротора и температуре газа при изменении расхода топлива в камеру сгорания. Such a mathematical description is typical, for example, for the dynamic characteristics of a gas turbine engine in terms of rotor speed and gas temperature when the fuel consumption in the combustion chamber changes.

Передаточная функция исполнительного устройства:

Figure 00000004

где KИУ - коэффициент передачи исполнительного устройства;
TИУ - постоянная времени исполнительного устройства.Transfer function of the actuator:
Figure 00000004

where K IU - transmission coefficient of the actuator;
T IU - time constant of the actuator.

То есть исполнительное устройство является изодромным звеном. That is, the actuator is an isodromic link.

При этом

Figure 00000005

Figure 00000006

где K1 - коэффициент передачи цепи исполнительное устройство - ГТД по частоте вращения ротора;
K2 - коэффициент передачи цепи исполнительное устройство - ГТД по температуре газа;
T1 - постоянная времени цепи исполнительное устройство - ГТД по температуре газа.Wherein
Figure 00000005

Figure 00000006

where K 1 - transmission coefficient of the circuit actuator - GTE according to the rotor speed;
K 2 - transmission coefficient of the circuit actuator - GTE by gas temperature;
T 1 - time constant of the circuit actuator - GTE by gas temperature.

Для получения необходимого качества регулирования частоты вращения ротора ГТД и температуры газа регуляторы этих параметров должны иметь следующие передаточные функции:
Передаточная функция регулятора частоты вращения ротора ГТД Wn(p):
Wn(p) = Kn, (6)
где Kn - коэффициент передачи регулятора частоты вращения ротора ГТД;
Передаточная функция регулятора температуры газа ГТД WT(p):

Figure 00000007

где KT - коэффициент передачи регулятора температуры газа;
TT = T1 - постоянная времени регулятора температуры газа.To obtain the required quality of regulating the rotor speed of a gas turbine engine and gas temperature, the regulators of these parameters must have the following transfer functions:
The transfer function of the speed controller of the rotor of a gas turbine engine W n (p):
W n (p) = K n , (6)
where K n is the gear coefficient of the rotor speed controller of a gas turbine engine;
The transfer function of the gas temperature controller of the gas turbine engine W T (p):
Figure 00000007

where K T is the transmission coefficient of the gas temperature controller;
T T = T 1 is the time constant of the gas temperature controller.

Инерционность датчика температура газа должна быть скорректирована так, чтобы измеритель температуры был безынерционным. Тогда передаточные функции отдельных разомкнутых каналов W1(p) и W2(p) имеют вид:

Figure 00000008

Figure 00000009

где K = KnK1 = KTK2 - коэффициент передачи отдельного разомкнутого канала.The inertia of the gas temperature sensor must be adjusted so that the temperature meter is inertialess. Then the transfer functions of the individual open channels W 1 (p) and W 2 (p) are of the form:
Figure 00000008

Figure 00000009

where K = K n K 1 = K T K 2 is the transmission coefficient of a separate open channel.

При выполнении (8) и (9) в отдельных каналах регулирования обеспечивается желаемое качество переходных процессов. When performing (8) and (9) in individual control channels, the desired quality of transients is ensured.

Для получения необходимого качества регулирования переключение селектора должно происходить в момент равенства рассогласований между текущими значениями параметров и установками параметров [Интегральные системы автоматического управления силовыми установками самолетов /Под ред. А.А.Шевякова - М. : Машиностроение, 1983. - 283 с. Стр.110], то есть сигналов перед регуляторами. Из анализа видно, что регулятор температуры газа является инерционным по отношению к регулятору частоты вращения ротора ГТД, поэтому селектор переключается с запаздыванием. В результате происходит заброс по температуре газа. To obtain the required quality of regulation, the selector switch must occur at the moment of equality of discrepancies between the current parameter values and parameter settings [Integrated systems for automatic control of aircraft power plants / Ed. A.A.Shevyakova - M.: Mechanical Engineering, 1983.- 283 p. Page 110], that is, signals in front of the regulators. The analysis shows that the gas temperature regulator is inertial with respect to the regulator of the rotor speed of the gas turbine engine, so the selector switches with a delay. As a result, the gas temperature is cast.

Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является улучшение динамических характеристик САР путем устранения заброса температуры, скачков по температуре и зоны совместной работы каналов, что приводит к повышению ресурса ГТД. The task to which the invention is directed is to improve the dynamic characteristics of the ATS by eliminating the temperature drop, temperature jumps and the zone of joint operation of the channels, which leads to an increase in the gas-turbine engine resource.

Поставленная задача решается тем, что система содержит последовательно соединенные измеритель частоты вращения ротора, первый элемент сравнения и алгебраический селектор минимума, последовательно соединенные исполнительное устройство и газотурбинный двигатель, причем газотурбинный двигатель соединен с измерителем частоты вращения ротора и измерителем температуры газа, последний соединен с первым входом второго элемента сравнения, выход которого соединен со вторым входом алгебраического селектора минимума, ко второму входу первого элемента сравнения подключен задатчик частоты вращения ротора, а ко второму входу второго элемента сравнения подключен задатчик температуры газа, отличающаяся тем, что дополнительно содержит корректирующее звено канала частоты вращения ротора, два суммирующих элемента, разностное корректирующее звено, первый ключ, запоминающее устройство, компаратор, дифференциатор, третий элемент сравнения, второй ключ, эталонную модель разомкнутого канала ограничения температуры газа, четвертый элемент сравнения, устройство самонастройки, причем к выходу алгебраического селектора минимума подключены последовательно соединенные корректирующее звено канала частоты вращения ротора, первый суммирующий элемент и второй суммирующий элемент, выход которого соединен со входом исполнительного устройства, также к выходу алгебраического селектора минимума подключено разностное корректирующее звено, выход которого соединен с первым входом первого ключа и первым входом запоминающего устройства, причем выходы первого ключа и запоминающего устройства соединены соответственно со вторым и третьим входами первого суммирующего элемента, входы компаратора подключены к выходам первого и второго элементов сравнения, а выход соединен со вторым входом первого ключа и со входом дифференциатора, выход которого соединен со вторым входом запоминающего устройства, выход задатчика температуры газа соединен с первым входом третьего элемента сравнения, последовательно с которым соединен второй ключ и эталонная модель разомкнутого канала ограничения температуры газа, выход которой соединен со вторым входом третьего элемента сравнения, а второй вход второго ключа соединен с выходом компаратора, входы четвертого элемента сравнения соединены с выходами второго и третьего элементов сравнения, а выход соединен со входом устройства самонастройки, выход которого соединен со вторым входом второго суммирующего элемента. The problem is solved in that the system comprises a rotor speed meter connected in series, a first comparison element and an algebraic minimum selector, an actuator and a gas turbine engine connected in series, the gas turbine engine connected to a rotor speed meter and a gas temperature meter, the latter connected to the first input the second comparison element, the output of which is connected to the second input of the algebraic minimum selector, to the second input of the first about the comparison element is connected to the rotor speed controller, and a gas temperature controller is connected to the second input of the second comparison element, characterized in that it further comprises a correction link of the rotor speed channel, two summing elements, a difference correction link, a first key, a storage device, a comparator, differentiator, third comparison element, second key, reference model of an open channel for gas temperature limitation, fourth comparison element, self-tuning device, m to the output of the algebraic minimum selector are connected serially connected corrective link of the rotor speed channel, the first summing element and the second summing element, the output of which is connected to the input of the actuator, also the differential corrective link is connected to the output of the algebraic selector of the minimum, the output of which is connected to the first input of the first key and the first input of the storage device, and the outputs of the first key and storage device are connected respectively to the W the second and the third inputs of the first summing element, the comparator inputs are connected to the outputs of the first and second comparison elements, and the output is connected to the second input of the first key and to the input of the differentiator, the output of which is connected to the second input of the storage device, the output of the gas temperature setter is connected to the first input of the third a comparison element in series with which a second key and a reference model of an open channel for limiting the gas temperature are connected, the output of which is connected to the second input of the third element cp avoniya, and the second input of the second key is connected to the output of the comparator, the inputs of the fourth comparison element are connected to the outputs of the second and third comparison elements, and the output is connected to the input of the self-tuning device, the output of which is connected to the second input of the second summing element.

Существо системы поясняется чертежами. На фигуре 1 изображена структурная схема системы автоматического регулирования газотурбинного двигателя, на фигуре 2 изображены результаты моделирования переходных процессов при селектировании, причем на фигурах:
2a - переходной процесс в рассмотренном ближайшем аналоге;
2б - переходной процесс в заявляемой системе без контура самонастройки;
2в - переходной процесс в заявляемой системе с контуром самонастройки.The essence of the system is illustrated by drawings. The figure 1 shows a structural diagram of a system for automatic control of a gas turbine engine, the figure 2 shows the results of the simulation of transients during selection, and the figures:
2a - transient in the considered closest analogue;
2b is a transient process in the inventive system without a self-tuning loop;
2c is a transient process in the inventive system with a self-tuning circuit.

Система автоматического регулирования газотурбинного двигателя содержит последовательно соединенные измеритель частоты вращения ротора 1, первый элемент сравнения 2 и алгебраический селектор минимума 3, последовательно соединенные исполнительное устройство 4 и газотурбинный двигатель 5, причем газотурбинный двигатель 5 соединен с измерителем частоты вращения ротора 1 и измерителем температуры газа 6, последний соединен с первым входом второго элемента сравнения 7, выход которого соединен со вторым входом алгебраического селектора минимума 3, ко второму входу первого элемента сравнения 2 подключен задатчик частоты вращения ротора 8, а ко второму входу второго элемента сравнения 7 подключен задатчик температуры газа 9, отличающаяся тем, что дополнительно содержит корректирующее звено канала частоты вращения ротора 10, два суммирующих элемента 11, 12, разностное корректирующее звено 13, первый ключ 14, запоминающее устройство 15, компаратор 16, дифференциатор 17, третий элемент сравнения 18, второй ключ 19, эталонную модель разомкнутого канала ограничения температуры газа 20, четвертый элемент сравнения 21, устройство самонастройки 22, причем к выходу алгебраического селектора минимума 3 подключены последовательно соединенные корректирующее звено канала частоты вращения ротора 10, первый суммирующий элемент 11 и второй суммирующий элемент 12, выход которого соединен со входом исполнительного устройства 4, также к выходу алгебраического селектора минимума 3 подключено разностное корректирующее звено 13, выход которого соединен с первым входом первого ключа 14 и первым входом запоминающего устройства 15, причем выходы первого ключа 14 и запоминающего устройства 15 соединены соответственно со вторым и третьим входами первого суммирующего элемента 11, входы компаратора 16 подключены к выходам первого 2 и второго 7 элементов сравнения, а выход соединен со вторым входом первого ключа 14 и со входом дифференциатора 17, выход которого соединен со вторым входом запоминающего устройства 15, выход задатчика температуры газа 9 соединен с первым входом третьего элемента сравнения 18, последовательно с которым соединен второй ключ 19 и эталонная модель разомкнутого канала ограничения температуры газа 20, выход которой соединен со вторым входом третьего элемента сравнения 18, а второй вход второго ключа 19 соединен с выходом компаратора 16, входы четвертого элемента сравнения 21 соединены с выходами второго 7 и третьего 18 элементов сравнения, а выход соединен со входом устройства самонастройки 22, выход которого соединен со вторым входом второго суммирующего элемента 12. The automatic control system of a gas turbine engine comprises a rotor 1 speed meter connected in series, a first comparison element 2 and a minimum 3 algebraic selector, actuator 4 and a gas turbine engine 5 connected in series, the gas turbine engine 5 being connected to a rotor 1 speed meter and a gas temperature meter 6 , the latter is connected to the first input of the second comparison element 7, the output of which is connected to the second input of the algebraic selector min 3, to the second input of the first comparison element 2 is connected the rotor speed controller 8, and to the second input of the second comparison element 7 is connected the gas temperature controller 9, characterized in that it further comprises a correction link of the rotor speed channel 10, two summing elements 11, 12, differential correction link 13, first key 14, memory 15, comparator 16, differentiator 17, third comparison element 18, second key 19, reference model of the open channel for gas temperature limitation 20, fourth the comparison element 21, the self-adjusting device 22, and the output of the algebraic selector of minimum 3 connected in series with the correcting link of the channel of the rotational speed of the rotor 10, the first summing element 11 and the second summing element 12, the output of which is connected to the input of the actuator 4, also to the output of the algebraic selector minimum 3 connected differential correction link 13, the output of which is connected to the first input of the first key 14 and the first input of the storage device 15, and the outputs of the first second key 14 and memory 15 are connected respectively to the second and third inputs of the first summing element 11, the inputs of the comparator 16 are connected to the outputs of the first 2 and second 7 comparison elements, and the output is connected to the second input of the first key 14 and to the input of the differentiator 17, the output of which connected to the second input of the storage device 15, the output of the gas temperature setter 9 is connected to the first input of the third comparison element 18, in series with which the second key 19 and the reference model of the open channel the temperature of the gas 20, the output of which is connected to the second input of the third comparison element 18, and the second input of the second key 19 is connected to the output of the comparator 16, the inputs of the fourth comparison element 21 are connected to the outputs of the second 7 and third 18 comparison elements, and the output is connected to the input of the device self-tuning 22, the output of which is connected to the second input of the second summing element 12.

Система автоматического регулирования газотурбинного двигателя работает следующим образом. В канале управления частотой вращения ротора сигнал с выхода газотурбинного двигателя 5 поступает на измеритель частоты вращения ротора 1 и далее на первый элемент сравнения 2, где сравнивается со значением уставки задатчика частоты вращения ротора 8. Выходной сигнал первого элемента сравнения 2, пропорциональный рассогласованию между заданной и текущей частотами вращения ротора, поступает на первый вход алгебраического селектора минимума 3, на второй вход которого поступает сигнал, пропорциональный рассогласованию между заданной и текущей температурами газа. Этот сигнал поступает со второго элемента сравнения 7, сравнивающего температуру на выходе газотурбинного двигателя 5, поступающего через измеритель температуры газа 6, и значение уставки задатчика температуры газа 9. В САР ГТД обычно применяется принцип селектирования, согласно которому регулируется параметр двигателя, наиболее приблизившийся к величине, определяемой уставкой регулятора (программой регулирования). Поэтому в заявляемой САР селектирование каналов происходит по сигналам рассогласования отдельных каналов. На выход алгебраического селектора минимума 3 проходит выходной сигнал того канала регулирования, который в данный момент по условиям работы ГТД требует меньшего расхода топлива. The automatic control system of a gas turbine engine operates as follows. In the channel for controlling the rotor speed, the signal from the output of the gas turbine engine 5 is fed to the rotor speed meter 1 and then to the first comparison element 2, where it is compared with the setpoint value of the rotor speed setter 8. The output signal of the first comparison element 2, proportional to the mismatch between current rotor speed, is fed to the first input of the algebraic selector of minimum 3, the second input of which receives a signal proportional to the mismatch between the given and current Gorges with gas temperatures. This signal comes from the second element of comparison 7, which compares the output temperature of the gas turbine engine 5, coming through the gas temperature meter 6, and the setpoint value of the gas temperature setter 9. In the SAR gas turbine engine, the selection principle is usually applied, according to which the parameter of the engine that is closest to the value is adjusted determined by the regulator setting (regulation program). Therefore, in the claimed ATS, channel selection occurs according to the mismatch signals of individual channels. At the output of the algebraic selector of minimum 3, the output signal of that control channel passes, which currently requires less fuel consumption under the terms of the gas turbine engine.

С выхода алгебраического селектора минимума 3 сигнал поступает на корректирующее звено, вид которого зависит от того, какой канал САР работает, и далее через исполнительное устройство 4 с передаточной функцией

Figure 00000010

воздействует на расход топлива в газотурбинном двигателе 5.From the output of the algebraic selector of minimum 3, the signal goes to the corrective link, the form of which depends on which channel the ATS works, and then through the actuator 4 with the transfer function
Figure 00000010

affects the fuel consumption in a gas turbine engine 5.

Корректирующее звено канала частоты вращения ротора 10 включено постоянно, его передаточная функция

Figure 00000011

Корректирующее звено канала температуры газа с передаточной функцией
Figure 00000012

реализуется при включении канала температуры газа подключением к WK1(p) разностного корректирующего звена 13 с передаточной функцией
WK$$$(p) = WK1(p) - WK2(p) (13)
по логическому сигналу L компаратора 16, где L = 0 при работе канала управления и L = 1 при работе канала ограничения. При этом WM1(p) и WM2(p) - передаточные функции моделей разомкнутых каналов соответственно управления и ограничения.The corrective link of the rotor speed channel 10 is constantly on, its transfer function
Figure 00000011

Correction link of gas temperature channel with transfer function
Figure 00000012

realized when the gas temperature channel is turned on by connecting to W K1 (p) the differential correction link 13 with the transfer function
W K $$$ (p) = W K1 (p) - W K2 (p) (13)
by the logical signal L of the comparator 16, where L = 0 during operation of the control channel and L = 1 during operation of the limiting channel. Moreover, W M1 (p) and W M2 (p) are the transfer functions of the models of open channels, respectively, controls and restrictions.

Переключение корректирующих звеньев осуществляется с помощью первого ключа 14, управляемого компаратором 16. Switching corrective links is carried out using the first key 14, controlled by the comparator 16.

Таким образом, при селектировании происходит структурное изменение корректирующего звена системы, которое приводит к появлению сигнального возмущения САР выходным сигналом разностного корректирующего звена 13, зависящим от динамических характеристики объекта управления. Thus, during selection, a structural change in the corrective link of the system occurs, which leads to the appearance of a signal perturbation of the ATS by the output signal of the differential corrective link 13, which depends on the dynamic characteristics of the control object.

Это вызывает скачок по температуре газа или режим обратного переключения каналов, что существенно ухудшает качество работы канала ограничения. Следовательно, необходима компенсация динамической погрешности САР в момент селектирования. This causes a jump in gas temperature or a mode of reverse switching of channels, which significantly impairs the quality of operation of the restriction channel. Therefore, it is necessary to compensate for the dynamic error of the ATS at the time of selection.

В рассматриваемой САР сигнальное возмущение может быть определено, но сама система вследствие наличия селектора является нелинейной и прямая компенсация возмущения согласно [Емельянов С.В., Коровин С.К. Новые типы обратной связи: Управление при неопределенности. -М.: Наука, Физматлит, 1997. - 352 с.] невозможна, так как она приводит к режиму переключений. Поэтому в работе для этой цели используется цепь компенсационной сигнальной самонастройки [Солодовников В.В., Шрамко Л.С. Расчет и проектирование аналитических самонастраивающихся систем с эталонными моделями. - М.: Машиностроение, 1972. - 270 с.]. In the considered ATS, the signal perturbation can be determined, but the system itself, due to the presence of a selector, is nonlinear and direct compensation of the perturbation according to [Emelyanov SV, Korovin S.K. New types of feedback: Management under uncertainty. -M .: Science, Fizmatlit, 1997. - 352 p.] Is impossible, since it leads to a switching mode. Therefore, in this work, a compensation signaling self-tuning circuit is used for this purpose [Solodovnikov VV, Shramko LS Calculation and design of analytical self-tuning systems with reference models. - M.: Mechanical Engineering, 1972. - 270 S.].

Компенсация динамической погрешности САР достигается использованием эталонной модели канала ограничения температуры газа с передаточной функцией. Compensation of the dynamic error of the ATS is achieved using the reference model of the gas temperature limiting channel with the transfer function.

Δ
замыкаемой в момент селектирования с помощью второго ключа 19, компенсацией сигнального возмущения постоянным сигналом F = D(tСЕЛ) при включении корректирующего звена канала температуры газа и последующим устранением влияния сигнала F при работе канала ограничения выходным сигналом UC контура сигнальной самонастройки, который компенсирует сигнал F и приближает координату Y2 к координате Y2M. Формирование сигнала F осуществляется с помощью запоминающего устройства 15 в момент селектирования, определяемый с помощью компаратора 16 и дифференциатора 17.Δ
closed at the time of selection with the help of the second key 19, compensation of the signal perturbation with a constant signal F = D (t CEL ) when the corrective link of the gas temperature channel is turned on and then eliminating the influence of the signal F when the channel restricts the output signal U C of the self-tuning circuit, which compensates for the signal F and brings the Y 2 coordinate closer to the Y 2M coordinate. The signal F is generated using a storage device 15 at the time of selection, determined using a comparator 16 and a differentiator 17.

Произведем синтез контура самонастройки. Let us synthesize a self-tuning circuit.

Уравнение по ошибке канала ограничения температуры газа:

Figure 00000013

Уравнение по ошибке эталонной модели:
Figure 00000014

Уравнение ошибки контура самонастройки:
Figure 00000015

Тогда уравнение выходного сигнала контура самонастройки получаем в виде:
Figure 00000016

где WC(p) - передаточная функция контура самонастройки.The equation for the error of the gas temperature limiting channel:
Figure 00000013

The equation for the error of the reference model:
Figure 00000014

Self-tuning loop error equation:
Figure 00000015

Then the equation of the output signal of the self-tuning loop is obtained in the form:
Figure 00000016

where W C (p) is the transfer function of the self-tuning loop.

Следовательно,

Figure 00000017

где R2(p) - передаточная функция разомкнутого контура самонастройки:
Figure 00000018

Передаточная функция контура самонастройки может быть реализована в виде ПИД - закона управления:
Figure 00000019

где KП, KИ, KД, TД - коэффициенты, которые выбираются, исходя из динамических характеристик M2(p) и WK2(p), с учетом получения заданного качества процессов самонастройки.Consequently,
Figure 00000017

where R 2 (p) is the transfer function of the open loop self-tuning:
Figure 00000018

The transfer function of the self-tuning loop can be implemented in the form of a PID control law:
Figure 00000019

where K P , K I , K D , T D are the coefficients that are selected based on the dynamic characteristics of M 2 (p) and W K2 (p), taking into account the receipt of a given quality of self-tuning processes.

Передаточная функция WC(p) в соответствии с (21) имеет следующий вид:

Figure 00000020

Если передаточная функция корректирующего звена канала температуры газа WK2(p):
Figure 00000021

а передаточная функция эталонной модели разомкнутого канала ограничения температуры газа 20:
Figure 00000022

тогда передаточная функция разомкнутого контура самонастройки:
Figure 00000023

при выполнении условий
Figure 00000024

принимает следующий вид:
Figure 00000025

Следовательно, переходные процессы в контуре самонастройки имеют экспоненциальный характер и их быстродействие зависит от значения коэффициента KИ.The transfer function W C (p) in accordance with (21) has the following form:
Figure 00000020

If the transfer function of the correction link of the gas temperature channel W K2 (p):
Figure 00000021

and the transfer function of the reference model of the open channel limiting the temperature of the gas 20:
Figure 00000022

then the self-tuning open loop transfer function:
Figure 00000023

subject to the conditions
Figure 00000024

takes the following form:
Figure 00000025

Consequently, transients in the self-tuning loop are exponential and their speed depends on the value of the coefficient K AND .

Решая соотношения (26) при известных KИ и ТД получаем

Figure 00000026

Figure 00000027

Итак, заявляемое изобретение позволяет осуществлять управление выходными величинами по двум каналам: каналу температуры газа и каналу частоты вращения ротора. Благодаря включенному в САР контуру самонастройки в системе не наблюдается заброса по температуре в момент селектирования, скачков по температуре и зоны совместной работы каналов, то есть переходной процесс имеет монотонный характер, что отличает ее от ближайших аналогов, и позволяет существенно повысить ресурс ГТД.Solving relations (26) for known K И and Т Д we get
Figure 00000026

Figure 00000027

So, the claimed invention allows you to control the output values through two channels: the channel of the gas temperature and the channel of the rotor speed. Owing to the self-tuning circuit included in the ATS, the system does not exhibit a temperature drop at the time of selection, temperature jumps and the joint areas of the channels, that is, the transition process is monotonic in nature, which distinguishes it from its closest analogs and can significantly increase the gas-turbine engine resource.

Claims (1)

Система автоматического регулирования газотурбинного двигателя, содержащая последовательно соединенные измеритель частоты вращения ротора, первый элемент сравнения и алгебраический селектор минимума, последовательно соединенные исполнительное устройство и газотурбинный двигатель, причем газотурбинный двигатель соединен с измерителем частоты вращения ротора и измерителем температуры газа, последний соединен с первым входом второго элемента сравнения, выход которого соединен со вторым входом алгебраического селектора минимума, ко второму входу первого элемента сравнения подключен задатчик частоты вращения ротора, а ко второму входу второго элемента сравнения подключен задатчик температуры газа, отличающаяся тем, что дополнительно содержит корректирующее звено канала частоты вращения ротора, два суммирующих элемента, разностное корректирующее звено, первый ключ, запоминающее устройство, компаратор, дифференциатор, третий элемент сравнения, второй ключ, эталонную модель разомкнутого канала ограничения температуры газа, четвертый элемент сравнения, устройство самонастройки, причем к выходу алгебраического селектора минимума подключены последовательно соединенные корректирующее звено канала частоты вращения ротора, первый суммирующий элемент и второй суммирующий элемент, выход которого соединен со входом исполнительного устройства, также к выходу алгебраического селектора минимума подключено разностное корректирующее звено, выход которого соединен с первым входом первого ключа и первым входом запоминающего устройства, причем выходы первого ключа и запоминающего устройства соединены соответственно со вторым и третьим входами первого суммирующего элемента, входы компаратора подключены к выходам первого и второго элементов сравнения, а выход соединен со вторым входом первого ключа и со входом дифференциатора, выход которого соединен со вторым входом запоминающего устройства, выход задатчика температуры газа соединен с первым входом третьего элемента сравнения, последовательно с которым соединен второй ключ и эталонная модель разомкнутого канала ограничения температуры газа, выход которой соединен со вторым входом третьего элемента сравнения, а второй вход второго ключа соединен с выходом компаратора, входы четвертого элемента сравнения соединены с выходами второго и третьего элементов сравнения, а выход соединен со входом устройства самонастройки, выход которого соединен со вторым входом второго суммирующего элемента. A gas turbine engine automatic control system comprising a rotor speed meter connected in series, a first comparison element and an algebraic minimum selector, an actuator and a gas turbine engine connected in series, the gas turbine engine being connected to a rotor speed meter and a gas temperature meter, the latter being connected to the first input of the second a comparison element, the output of which is connected to the second input of the algebraic minimum selector, a rotor speed controller is connected to the second input of the first comparison element, and a gas temperature controller is connected to the second input of the second comparison element, characterized in that it further comprises a correction link of the rotor speed channel, two summing elements, a difference correction link, a first key, a storage device , comparator, differentiator, third comparison element, second key, reference model of an open channel for gas temperature limitation, fourth comparison element, device about self-tuning, with the output of the algebraic minimum selector connected in series to the corrective link of the rotor speed channel, the first summing element and the second summing element, the output of which is connected to the input of the actuator, and the differential correction link whose output is connected to the output of the algebraic minimum selector the first input of the first key and the first input of the storage device, and the outputs of the first key and storage device are connected respectively, with the second and third inputs of the first summing element, the comparator inputs are connected to the outputs of the first and second comparison elements, and the output is connected to the second input of the first key and to the input of the differentiator, the output of which is connected to the second input of the storage device, the output of the gas temperature setter is connected to the first the input of the third comparison element, in series with which the second key and the reference model of the open channel for limiting the gas temperature are connected, the output of which is connected to the second input m of the third comparison element, and the second input of the second key is connected to the output of the comparator, the inputs of the fourth comparison element are connected to the outputs of the second and third comparison elements, and the output is connected to the input of the self-tuning device, the output of which is connected to the second input of the second summing element.
RU2000102368A 2000-01-31 Gas-turbine engine automatic control system RU2172857C1 (en)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2172857C1 true RU2172857C1 (en) 2001-08-27

Family

ID=

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2617221C1 (en) * 2016-01-11 2017-04-24 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Уфимский государственный авиационный технический университет" Gas temperature meter of gas turbine engine

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Интегральные системы автоматического управления силовыми установками самолетов/Под ред. ШЕВЯКОВА А.А. - М.: Машиностроение. 1983, с. 283, рис. 3.26. *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2617221C1 (en) * 2016-01-11 2017-04-24 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Уфимский государственный авиационный технический университет" Gas temperature meter of gas turbine engine

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US4139887A (en) Dynamic compensation for multi-loop controls
US4188781A (en) Non-linear dual mode regulator circuit
US4912642A (en) Coordinated engine autothrottle
EP0435339B1 (en) Compound control method for controlling a system
CA1240380A (en) Transient derivative scheduling control system
CN106909073B (en) A kind of parameter regulation means of digital governer
CN113791587B (en) Coordination control method, system, storage medium and device of fluidized bed generator set
RU2172857C1 (en) Gas-turbine engine automatic control system
US5796608A (en) Self controllable regulator device
RU2332581C1 (en) Gas turbine engine automatic control system
GB2121986A (en) Gas turbine engine fuel control systems
US4749928A (en) Device for reducing the lag in recovery of a non-linear subsidiary controller
RU2319026C1 (en) Gas-turbine engine automatic control system
RU2730568C1 (en) Control method of gas turbine engine
RU2446298C1 (en) Gas turbine engine acs
RU2172419C1 (en) Complex object control method
US3979682A (en) Hysteresis compensator for control systems
RU2446299C1 (en) Method of cotrolling multidimensional object
RU2819264C1 (en) Self-tuning robust control system
SU1758260A1 (en) Power plant control method
JP7089335B2 (en) Control device
JPS5813809B2 (en) Combustion control method using low excess air
JPS63284603A (en) Process plant controller
JPH1181920A (en) Combined cycle controller and gas turbine controller
RU2648516C1 (en) Proportional-integral controller