RU2587526C1 - Регулятор давления воздуха в форкамере аэродинамической трубы - Google Patents

Регулятор давления воздуха в форкамере аэродинамической трубы Download PDF

Info

Publication number
RU2587526C1
RU2587526C1 RU2015119813/28A RU2015119813A RU2587526C1 RU 2587526 C1 RU2587526 C1 RU 2587526C1 RU 2015119813/28 A RU2015119813/28 A RU 2015119813/28A RU 2015119813 A RU2015119813 A RU 2015119813A RU 2587526 C1 RU2587526 C1 RU 2587526C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
pressure
temperature
pressure regulator
air pressure
prechamber
Prior art date
Application number
RU2015119813/28A
Other languages
English (en)
Inventor
Алла Викторовна Меняйлова
Александр Сергеевич Пономарев
Ольга Валерьевна Тарасова
Original Assignee
Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный аэрогидродинамический институт имени профессора Н.Е. Жуковского" (ФГУП "ЦАГИ")
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный аэрогидродинамический институт имени профессора Н.Е. Жуковского" (ФГУП "ЦАГИ") filed Critical Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный аэрогидродинамический институт имени профессора Н.Е. Жуковского" (ФГУП "ЦАГИ")
Priority to RU2015119813/28A priority Critical patent/RU2587526C1/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2587526C1 publication Critical patent/RU2587526C1/ru

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01M—TESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01M9/00—Aerodynamic testing; Arrangements in or on wind tunnels

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Fluid Mechanics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Aerodynamic Tests, Hydrodynamic Tests, Wind Tunnels, And Water Tanks (AREA)

Abstract

Изобретение относится к области экспериментальной аэродинамики, в частности к аэродинамическим трубам. Устройство содержит задающее устройство, исполнительный механизм, датчики температуры, давления, положения, а также регулятор давления. Регулятор давления состоит из сумматора отрицательной обратной связи по давлению, последовательно соединенных фильтра нижних частот и обращенной модели объекта управления, замкнутых положительной обратной связью через сумматор моделью объекта управления. Входы регулятора подключены к задающему устройству и датчикам давления и температуры воздуха в форкамере, температуры и давления воздуха в газгольдере, положения плунжера регулирующего дросселя и критического сечения сопла. Технический результат заключается в возможности использования регулятора во всем диапазоне допустимых для АДТ значений числа М с высокой точностью в автоматическом режиме без корректирующих устройств. 4 ил.

Description

Изобретение относится к области аэродинамики, в частности к автоматическим системам управления воздушным потоком в аэродинамических трубах.
При проведении натурных экспериментов в аэродинамических трубах (АДТ) на сверхзвуковых режимах важное место занимает поддержание давления воздуха в форкамере с заданной точностью.
Известен регулятор давления воздуха в форкамере АДТ, содержащий задающее устройство, выход которого связан с первым входом регулирующего блока, исполнительный механизм, связанный с регулирующим дросселем, установленным в трубопроводе, соединенным с газгольдером и форкамерой, в которой установлен датчик давления, подключенный ко второму входу регулирующего блока, а также включающий в себя контур самонастройки (Тепляшин В.А., Джикидзе Ф.В. Самонастраивающаяся система автоматического регулирования давления в форкамере аэродинамической трубы. // Труды ЦАГИ. - 1969. - Вып. 1170. - С. 3-17).
Контур самонастройки состоит из модели замкнутой системы и блока, формирующего законы перестройки коэффициентов, введенных в систему для компенсации изменения динамических характеристик объекта регулирования. Модель является одним из основных элементов контура самонастройки и служит эталоном, на основе которого анализируются характеристики системы.
Однако данная система сложна в реализации и требует для построения модели замкнутой системы априорного знания статических и динамических характеристик объекта во всем диапазоне изменения его рабочих параметров.
За прототип принят регулятор давления воздуха в форкамере АДТ, содержащий задающее устройство, регулирующий блок, исполнительный механизм, жестко связанный с регулирующим дросселем, установленным в трубопроводе, связывающем газгольдер с форкамерой, в которой установлен датчик давления, соединенной посредством сопла с рабочей камерой, с установленной в ней испытуемой моделью, из корректирующей цепи, в которую входят датчик давления, установленный в газгольдере, нормирующий преобразователь, подключающий датчик давления к блоку коррекции (Авторское свидетельство СССР №728119, МПК G05D 16/20, 15.04.1980).
Однако регулятор не учитывает динамическую характеристику регулирующего дросселя: зависимости изменения эффективной площади его проходного сечения по ходу его плунжера dF/dS и приведенный удельный расход воздуха через дроссель; q(λ), от которого зависит скорость истечения воздуха через дроссель. Это ограничивает область применения устройства и снижает качество регулирования давления воздуха в форкамере аэродинамической трубы.
Задачей и техническим результатом изобретения является создание устройства для регулирования давления воздуха в форкамере АДТ в широком диапазоне изменения приведенного удельного расхода воздуха через дроссель q(λ) и произвольной конфигурации щели регулирующего дросселя в функции положения его плунжера F(S) без каких-либо корректирующих устройств, тем самым обеспечив возможность применения устройства во всем диапазоне допустимых для АДТ значений числа М с высокой точностью в автоматическом режиме.
Решение поставленной задачи и технический результат достигаются тем, что в устройстве регулирования давления воздуха в форкамере, содержащем задающее устройство, исполнительный механизм, датчики температуры, давления, положения, а также регулятор давления, регулятор давления состоит из сумматора отрицательной обратной связи по давлению, последовательно соединенных фильтра нижних частот и обращенной модели объекта управления, замкнутых положительной обратной связью через сумматор моделью объекта управления, входы регулятора подключены к задающему устройству и датчикам давления и температуры воздуха в форкамере, температуры и давления воздуха в газгольдере, положения плунжера регулирующего дросселя и критического сечения сопла.
Фиг. 1 - схема включения регулятора давления воздуха в форкамере в систему управления воздушным потоком АДТ.
Фиг. 2 - структурная схема замкнутой системы регулирования давления воздуха в форкамере АДТ.
Фиг. 3 - графики переходного процесса выхода воздуха в форкамере на заданное значение в сверхзвуковой АДТ для М=1.7.
Фиг. 4 - графики переходного процесса выхода воздуха в форкамере на заданное значение в сверхзвуковой АДТ для М=3.0.
На фиг. 1 представлена схема включения регулятора давления воздуха в форкамере в систему управления воздушным потоком АДТ. Газгольдеры 1 через регулирующий дроссель 2 соединены с форкамерой АДТ 3, которая, в свою очередь, через сопло 4 соединена с рабочей частью АДТ 5, в которой расположена испытуемая модель. Задатчик требуемого на эксперимент давления 6 соединен с цифровым регулятором давления 7, выход которого подключен ко входу приводного устройства дросселя 8. Входы регулятора давления 7 соединены с выходами датчиков температуры 9 и давления 10 в газгольдере, датчика положения плунжера регулирующего дросселя 11, датчиков давления 12 и температуры 13 в форкамере и датчиками, по которым определяется значение критического сечения сопла 14.
Воздух высокого или низкого давления из газгольдеров 1 через регулирующий дроссель 2 поступает в форкамеру АДТ 3 и через сопло 4 в рабочую часть 5, где установлена испытываемая модель. Заданное давление Р0з в форкамере 3, сформированное задатчиком 6, поддерживается цифровым регулятором 7 через приводное устройство 8, перемещающим плунжер дросселя S, изменяющим его проходное сечение F. На входы цифрового регулятора давления кроме заданного значения давления в форкамере Р0з подают сигналы датчиков: температуры Тг 9 и давления Рг 10 в газгольдере, хода (положения) плунжера дросселя S 11, давления Р0 12 и температуры Tф 13 в форкамере, и значения критического сечения сопла Fкр 14.
На фиг. 2 представлена структурная схема замкнутой системы регулирования давления в форкамере АДТ, где цифрой 6 обозначен задатчик давления в форкамере Р0з, 7 - регулятор давления в форкамере, состоящий из сумматора 16 отрицательной обратной связи по давлению, последовательно соединенных фильтра нижних частот 18, имеющего передаточную функцию F(p), и обращенной модели объекта управления 19, имеющей передаточную функцию М1(р), замкнутые положительной обратной связью через сумматор 17 моделью объекта управления 20, имеющей передаточную функцию М(р), собственно объект управления 15, описываемый передаточной функцией Q(p), 12 - датчик давления в форкамере, сигнал которого является сигналом отрицательной обратной связи.
При идентичности объекта управления Q(p) и его модели М(р), т.е. при Q(p)=M(p) передаточная функция регулятора в операторной форме имеет вид
Figure 00000001
а передаточная функция замкнутой системы
Figure 00000002
В установившемся режиме W=F(p) и Р0=Р0з.
При малых отклонениях от установившегося режима объект управления представлен апериодическим звеном вида
Figure 00000003
где Т0 - постоянная времени объекта управления, зависящая от числа М или Fкр(М)
Figure 00000004
К0 - коэффициент усиления объекта управления
Figure 00000005
Р0 - давление воздуха в форкамере;
Рг - давление воздуха в газгольдере;
q(λ) - приведенный удельный расход воздуха через дроссель;
Fкр - критическое сечение сопла;
F - эффективная площадь сечения дросселя;
S- ход плунжера дросселя;
k, R - газовые постоянные;
Vф - объем форкамеры;
Тф, Тг - температура в форкамере и газгольдере соответственно.
Цифровой регулятор давления реализует функцию
u[n]=k3Δр0[n]+k2(Δр0[n]-Δр0[n-1])/Δt+
+k1(Δр0[n]-2Δр0[n-1]+Δр0[n-2])/Δt2,
а коэффициенты регулятора вычисляются через текущие параметры объекта регулирования
k1=T0Tпр/K0KпрTf; k2=(T0+Tпр)/К0КпрТf; k3=1/K0KпрTf,
- Δt - временной интервал между тактами пересчета;
- n, n-1, n-2 - номера тактов пересчета;
- Δр0[n], Δр0[n-1], Δр0[n-2] - рассогласование между заданным Р0з и измеренным Р0 значениями давления в форкамере на n, n-1, n-2 тактах соответственно;
- Тf - постоянная времени фильтра нижних частот;
- Tпр, Кпр - постоянная времени и коэффициент усиления приводного устройства соответственно;
- u[n] - управляющий сигнал приводным устройством;
- Т0, К0 определяются выражениями (2), (3).
Фиг. 3 и 4 иллюстрируют переходный процесс выхода давления воздуха в форкамере на заданное значение в сверхзвуковой АДТ для М=1.7 и М=3.0 соответственно. Верхняя утолщенная кривая соответствует изменению давления в форкамере в относительных единицах давления измеренного и заданного на эксперимент Р0отн=Р0/Р0зад. Нижняя утонченная кривая соответствует изменению положения плунжера регулирующего дросселя в относительных единицах измеренного и максимального Sотн=S/Smax.
Результаты использования устройства подтверждены математическим моделированием на имитаторе сверхзвуковой аэродинамической трубы. Процесс выхода на заданное давление и его поддержания с использованием предложенного регулятора иллюстрируется фиг. 3 (число Маха М=1.7) и фиг. 4 (число Маха М=3.0). Как видно из графиков P0(t) при заданном числе М в широком диапазоне выход на заданное давление апериодический, без перерегулирования, что особенно важно на предельных для АДТ режимах по числу М. Точность поддержания Р0 соответствует техническим требованиям. Устройство эффективно в АДТ с малым объемом форкамеры по отношению к объему газгольдера и (или) малой скоростью перемещения плунжера регулирующего дросселя.

Claims (1)

  1. Устройство регулирования давления воздуха в форкамере, содержащее задающее устройство, исполнительный механизм, датчики температуры, давления, положения, а также регулятор давления, отличающееся тем, что регулятор давления состоит из сумматора отрицательной обратной связи по давлению, последовательно соединенных фильтра нижних частот и обращенной модели объекта управления, замкнутых положительной обратной связью через сумматор моделью объекта управления, входы регулятора подключены к задающему устройству и датчикам давления и температуры воздуха в форкамере, температуры и давления воздуха в газгольдере, положения плунжера регулирующего дросселя и критического сечения сопла.
RU2015119813/28A 2015-05-27 2015-05-27 Регулятор давления воздуха в форкамере аэродинамической трубы RU2587526C1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2015119813/28A RU2587526C1 (ru) 2015-05-27 2015-05-27 Регулятор давления воздуха в форкамере аэродинамической трубы

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2015119813/28A RU2587526C1 (ru) 2015-05-27 2015-05-27 Регулятор давления воздуха в форкамере аэродинамической трубы

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2587526C1 true RU2587526C1 (ru) 2016-06-20

Family

ID=56132217

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2015119813/28A RU2587526C1 (ru) 2015-05-27 2015-05-27 Регулятор давления воздуха в форкамере аэродинамической трубы

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2587526C1 (ru)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2688950C1 (ru) * 2018-07-16 2019-05-23 Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный аэрогидродинамический институт имени профессора Н.Е. Жуковского" (ФГУП "ЦАГИ") Способ регулирования давления в замкнутом объеме и устройство для его реализации

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU210915A1 (ru) * Устройство для автоматического управления сверхзвуковой аэродинамической трубой
SU728119A1 (ru) * 1978-11-30 1980-04-15 Предприятие П/Я Г-4617 Регул тор давлени воздуха в форкамере аэродинамической трубы

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU210915A1 (ru) * Устройство для автоматического управления сверхзвуковой аэродинамической трубой
SU253470A1 (ru) * Регулятор давления
SU728119A1 (ru) * 1978-11-30 1980-04-15 Предприятие П/Я Г-4617 Регул тор давлени воздуха в форкамере аэродинамической трубы

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Тепляшин В.А., Джикидзе Ф.В. Самонастраивающаяся система автоматического регулирования давления в форкамере аэродинамической трубы // Труды ЦАГИ. - 1969. - Вып.1170. - С. 3-17. *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2688950C1 (ru) * 2018-07-16 2019-05-23 Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный аэрогидродинамический институт имени профессора Н.Е. Жуковского" (ФГУП "ЦАГИ") Способ регулирования давления в замкнутом объеме и устройство для его реализации

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN106527519B (zh) 一种大型直流暂冲式超声速风洞变速压流场控制方法
CN106774468B (zh) 气体流量控制方法
CN108873702B (zh) 一种电液位置伺服控制***的线性自抗扰控制方法及装置
US8146481B2 (en) Actuator, actuator control method, and actuator control program
KR20140056039A (ko) 유체제어장치
CN103984234A (zh) 一种电液伺服***自修正模糊pid控制的方法
CN113008507A (zh) 一种基于暂冲气源的大流量高稳定马赫数风洞快速调节***及方法
JP2021524068A (ja) チャンバ圧力制御方法及び装置、半導体設備
CN107152551B (zh) 一种调压控制方法及调压控制装置
CN104252135A (zh) Pid控制***抗积分饱和及抑制超调的智能积分方法
CN113157010B (zh) 深度变推力发动机推力调控方法、装置及电子设备
CN108027621B (zh) 用于使用比例流量阀控制气体流的方法和***
CN105159334A (zh) 一种气体流量调节装置
CN114967474A (zh) 一种基于神经网络的通用风洞流场控制方法
CN104696077A (zh) 燃料流量调节方法和pid控制器
RU2587526C1 (ru) Регулятор давления воздуха в форкамере аэродинамической трубы
EA039070B1 (ru) Способ контролирования мощности аппарата для анестезии на основе нечеткого адаптивного пид-контролирования
JPH06149306A (ja) 水調運転制御装置
RU2490492C1 (ru) Способ управления газотурбинным двигателем и система для его осуществления
CN204989996U (zh) 一种气体流量调节装置
US8056579B2 (en) Mass flow controller
RU2587518C1 (ru) Регулятор давления воздуха в форкамере аэродинамической трубы с форсированным выходом на заданный режим
CN104730925A (zh) 一种输入限幅pi控制方法
RU2319126C1 (ru) Способ задания давления в контролируемом объеме и установка для его осуществления
Kurien et al. Overview of different approaches of pid controller tuning