Применение селекторов, устраняющих зону совместной работы, позволяет сохранить статическую точность и запасы устойчивости регулирования, свойственные автономным регуляторам параметров. Взаимодействие каналов управления при этом сохраняется на переходных режимах, характер которых зависит от программ регулирования, способов селектирования и динамических свойств регуляторов.
Наиболее близкой к требуемым характеристикам является САР ГТД, содержащая в своем составе измерители частоты вращения n, температуры газа за турбиной T4*, регуляторы этих параметров, селектор минимума, исполнительное устройство, воздействующее на расход топлива GТ ГТД.
Структурная схема САУ представлена на рисунке 12, где Pn , PT - регуляторы частоты вращения и температуры соответственно; Сел. min - селектор минимума; ИУ - исполнительное устройство; ГТД - газотурбинный двигатель; Иn, ИT - измерители частоты вращения и температуры газа соответственно.
Рисунок 12 - САУ ГТД с селектором
Работа селектора минимума описывается выражением:
(2.4)
или с учетом разности входных сигналов:
= U1 - U2
следующим образом:
.
Передаточные функции разомкнутых каналов:
WI (p)=Wn(p)WИУ(p)Hn(p)WИn(p);
WII (p)=WT(p)WИУ(p)HT(p)WИT(p).
Причем возможно, что:
WI(p)=WII(p)=W(p).
ГТД имеет различные динамические характеристики по выходным параметрам относительно расхода топлива, а именно:
по частоте вращения ротора передаточная функция ГТД
;
по температуре газа за турбиной передаточная функция ГТД
,
где - коэффициент передачи по n; - коэффициент передачи по T4*;
A(p), B(p), D(p) - полиномы, зависящие от конструктивных особенностей ГТД.
Порядок полинома А(p) на единицу меньше порядка полинома D(p), а порядок полинома B(p) равен порядку полинома D(p). Следовательно, как видно из передаточных функций Hn(p) и HT(p) газотурбинный двигатель является инерционным звеном по частоте вращения и практически безинерционным по температуре газа
Передаточная функция исполнительного устройства:
, (2.5)
где КИУ - коэффициент передачи ИУ; ТИУ- постоянная времени ИУ, то есть, исполнительное устройство является изодромным звеном.
При этом:
;
,
где К1 - коэффициент передачи цепи: исполнительное устройство - ГТД по частоте вращения ротора; К2 - коэффициент передачи цепи: исполнительное устройство - ГТД по температуре газа; Т2 - постоянная времени цепи: исполнительное устройство - ГТД по температуре газа.
Для получения необходимого качества регулирования частоты вращения и температуры газа, регуляторы этих параметров должны иметь следующие передаточные функции:
передаточная функция регулятора частоты вращения ротора ГТД:
, (2.6)
передаточная функция регулятора температуры газа:
, (2.7)
где Kn - коэффициент передачи регулятора частоты вращения; KT - коэффициент передачи регулятора температуры газа; TT = T2 - постоянная времени регулятора температуры газа.
Поведение UТ, а следовательно, и Т4* представлено на рисунке 13. Как видно из рисунка данная САР имеет низкую динамическую точность и заброс по температуре газа за турбиной Т4*. Для устранения этого недостатка, который заметно снижает ресурс ГТД, в структурную схему САР ГТД необходимо ввести корректирующие цепи, обеспечивающие более раннее переключение селектора на канал температуры и устранение заброса.
Рисунок 13 - САУ с корректирующим устройством и без него
Устранение заброса по температуре газа в данной САР осуществляется путем коррекции задающего воздействия, поступающего на вход регулятора температуры, причем эта коррекция осуществляется только при работе САР в режиме регулирования частоты вращения, а в режиме регулирования температуры газа она выключается, не нарушая тем самым работу регулятора.
На основе изученной информации, можно сделать вывод, что существует множество видов систем регулирования ГТД, но принцип их построения и функционирования мало, чем отличаются один от другого. На основе этих принципов и будет проектироваться данная система. Она будет аналого-цифровая. Т.е. система измерения будет цифровой, а система регулирования аналоговой. Это объясняется тем, что аналоговые устройства более надежны, но цифровые более точны. Система измерения может быть преобразована в систему управления путем добавления ЦАП в обратную связь и перепрограммированием микропроцессора.
1.4.2 Структурная схема разрабатываемой системы и ее описание
Структурная схема будет иметь вид как в приложении 1. Структурная схема состоит из трех блоков:
1. Блок регулирования:
а. регуляторы частот вращения роторов низкого и высокого давлений, температуры;
б. датчики частоты вращения роторов высокого и низкого давлений, а также температуры газов за турбиной высокого давления;
в. электронный селектор минимума;
г. электронный селектор максимума;
д. блок ограничения ;
е. исполнительное устройство.
2. Резервная система индикации:
а. ключ;
б. частотомер;
в. индикаторы.
3. Система измерения и индикации:
а. коммутатор;
б. аналого-цифровой преобразователь;
в. микропроцессор;
г. преобразователь в интерфейс RS-232;
д. монитор.
Схема представляет собой систему автоматического регулирования и отображения информации, с резервной системой отображения информации для повышения надежности для двух вального двигателя. Расход топлива регулируется по трем каналам, это канал частоты вращения роторов высокого и низкого давлений, а также канал регулирования температуры газов за ротором высокого давления. Датчики снимают сигналы соответствующие им и передают их на регуляторы. Причем формирование установочного значения происходит в зависимости от и . Далее с помощью селектора минимума исключается взаимное влияние трех каналов. Селектор максимума предотвращает тушение пламени в камере сгорания. Далее сигнал поступает на исполнительное устройство электромагнитного типа, которое управляет расходом топлива, а, следовательно, частотой вращения и температурой.
Система измерения представляет собой микропроцессорную систему. Коммутатор коммутирует аналоговые сигналы и передает его на аналого-цифровой преобразователь, далее сигнал обрабатывается микропроцессором и выдается на экран.
Резервная система индикации частоты вращения включает в себя ключ, который позволяет экономить место, частотомер, индикаторная система отображения информации.