автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.14, диссертация на тему:Анализ и синтез многосвязных систем автоматического управления газотурбинными двигателями с селектированием каналов

На правах рукописи

Для служебного пользования

эп.* 000080 0

ПЕТУНИИ Валерий Иванович

АНАЛИЗ И СИНТЕЗ МНОГОСВЯЗНЫХ СИСТЕМ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ ГАЗОТУРБИННЫМИ ДВИГАТЕЛЯМИ С СЕЛЕКТИРОВАНИЕМ КАНАЛОВ

Специальность 05.13Л4 - Системы обработки информации

•i (■ «i р1111п

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

УФА 1999

6

zS.or.99

Работа выполнена

в Уфимском государственном авиационном техническом университет*

Научный руководитель

канд. техн. наук, доц. А.И.Фрид

Официальные оппоненты:

д-р техн. наук, проф. Ю.С.Кабалыгов канд. техн. наук, доц. Ю.М.Ахметов

Ведущая организация:

Уфимское научно-производственное предприятие "Молния"

Защита состоится " июня 1999 г. в " часов на заседанш диссертационного совета К-063.17.03 в Уфимском государственное авиационном техническом университете по адресу: 450000, Уфа-центр ул. К.Маркса, 12.УГАТУ

С дксссртаиисй можно ознакомить1-;» в библиотеке университета

/Я

Автореферат разослан " " мая 1999 г.

Ученый секретарь диссертационного совета д-р техн. наук, проф. ^ В.Н.Ефанов

общая характеристика

Актуальность темы

Современные авиационные газотурбинные двигатели (ГТД) являются сложными многорежимными нелинейными объектами управления. В системах автоматического управления (САУ) такими многосвязными объектами с числом управляющих воздействий, меньшим числа управляемых координат формирование управления часто осуществляется с помощью селекторов. К таким системам относятся, например, САУ подачей топлива в камеры сгорания ГТД. Обычно применяется принцип селектярования, согласно которому регулируется параметр двигателя наиболее приблизившийся к величине, определяемой программой регулирования. Такое селектироваяие реализуется с помощью алгебраических селекторов (АС).

В развитие теории и практики применения АС внесли вклад ИЛАхметгалеев, ЛИ.Воягин, А.Н.Добрынин, Ф.А.Шаймарданов, О.С.Гуревич, Б.Г.Ильясов, Ю.С.Кабальноз и др.

Селекторы вводятся в САУ для устранения зоны совместной работы каналов управления и обеспечивают во всех условиях работы управляющее воздействие только одного из нескольких каналов управления, включаемых в работу в зависимости от режима работы объекта управления. При этом каждый из каналов управления работает автономно и его параметры обычно выбираются без учета взаимодействия с другими каналами. Это позволяет сохранить статическую точность и запасы устойчивости, свойственные автономным каналам управления.

Однако, это справедливо лишь для статических режимов работы системы управления. Как показано в работах А.Н.Добрынина, И.Л.Письменного, О.С.Гуревича, Ф.Д.Гольберга, а также б исследованиях, проведенных автором, взаимодействие каналов сохраняется на переходных режимах и при действии возмущений. При этом возможно возникновение зоны совместной работы каналов при действии помех, а также режима обратного переключения каналов, скачков и-перерегулирований по выходным координатам при различных динамических характеристиках каналов. Время работы САУ на режимах переключения каналов может быть достаточно большим. Это приводит к ухудшению динамических характеристик САУ ГТД и снижению ресурса двигателя. Поэтом)' актуальной задачей для САУ ГТД с АС является обеспечение заданного качества переходных процессов в канале управления, замыкаемом через селектор, а также статической точности каналов при действии помех. Рассматриваемые многосвязные САУ с селекгированием каналов являются логико-динамичес'кими системами, вопросы исследования и разработки которых применительно к ГТД разработаны недостаточно полно.

Таким образом, разрабатываемые в диссертационной работе вопросы анализа и синтеза многосвязных САУ ГТД с АС относительно режима переключения каналов являются актуальными.

Цель работы

Целью работы является разработка методов и алгоритмов анализа и синтеза многосвязных САУ ГТД с АС, позволяющих исследовать поведение и обеспечить требуемые характеристики САУ на режимах переключения каналов.

Задачи исследования

Для достижения этой цели в работе поставлены и решены следующие задачи:

1. Разработка метода структурных преобразований многосвязных САУ ГТД с АС на основе эквивалентного кусочно-линейного описания АС, позволяющего исследовать поведение система на режимах переключения каналов.

2. Разработка методик исследований и проведение анализа устойчивости, помехозащищенности и статической точности многосвязных САУ ГТД с АС на режимах переключения каналов.

3. Разработка методики исследования и проведение анализа качеств? переходных процессов в многоевязных САУ ГТД с АС при различном включении корректирующих звеньев отдельных каналов по отношению к АС.

4. Разработка принципов построения самонастраивающихся измерителей температуры газа с использованием нелинейных динамических моделей ГТД на основе требований к динамической точности ограничения темперагу-ры газа в многоевязных САУ ГТД с АС.

5. Разработка мстодое* синтеза многосвязтых САУ ГТД с АС исходя и требуемого качества переходных процессов в ограничителе температуры газг на режимах переключения каналов.

6. Разработка метода повышения статической точности многосвязны> САУ ГТД с АС на режимах переключения каналов при действии помех.

Методика исследование

При решении указанных задач использовались методы: непрерывно} логики и логико-динамических. САУ; теорий многосвязных САУ, нелиней ных САУ, самонастраивающихся САУ; теории автоматического управлешн силовыми установками летательных аппаратов и математического моделиро вания.

Результаты, выносимые на защиту

На защиту выносятся:

1. Метод структурных преобразований многоевязных САУ ГТД с АС двух переменных.

2. Методики исследования и результаты анализа устойчивости, помехозащищенности н статической точности многоевязных САУ ГТД с АС на режимах переключения каналов.

3. Методика исследования и результаты анализа качества переходны: процессов в многосвязных САУ ГТД с АС.

4. Принципы построения самонастраивающихся измерителей темпера

туры газа ГТД основанные на использовании косвенной информации о температуре и расходе газа.

5. Методы синтеза многосвязных САУ ГТД с АС, позволяющие обеспечить заданное качество переходных процессов в ограничителе температуры газа на режимах переключения каналов.

6. Метод повышения статической точности многосвязных САУ ГТД с АС на режимах переключения каналов при действии помех.

Научная новизна

1. Разработан метод структурных преобразований многосвязных САУ ГТД с АС на основе эквивалентного кусочно-линейного описания АС впервые позволивший аналитически исследовать поведение таких логико-дянамических систем на режимах переключения каналов. Показано, что анализ многосвязной САУ с АС сводится к исследованию поведения разности входных сигналов АС в эквивалентной однокаяальной нелинейной системе.

2. Получены аналитические соотношения для определения условий устойчивости, помехозащищенности и статической точности многосвязных САУ ГГД с АС на режимах переключения канатов. Установлено, что начичие случайных или гармонических помех в отдельных устойчивых каналах САУ с АС может вызвать режим переключения с одного канала на другой, при котором происходит сннжеяие статической точности САУ.

3. Установлено, что качество переходных процессов в многосвязных САУ ГТД с АС на режимах переключения каналов зависит от соотношения динамических характеристик объекта управления по селектируемым выходным координатам. Показано, что при включении корректирующих звеньев отдельных каналов до АС возможно появление запаздывания в переключении каналов и заброса ограничиваемой координатора при включении корректирующих звеньев после АС - появление скачков по координатам и режима обратного переключения каналов.

4. Показано, что использование нелинейных, динамических моделей ГТД и контуров самонастройки при построении измерителей температуры газа ГТД позволяет обеспечить требуемую динамическую точность ограничения температуры газа в многосвязной САУ ГТД с АС. Получены три авторские свидетельства на предложенные решения.

5. Предложен принцип построения динамического селектора в многосвязных САУ ГТД с АС. Показано, что коррекция момента селектирования в САУ с АС за счет изменения задающих воздействий разомкнутых каналов позволяет ликвидировать запаздывание в переключении каналов и обеспечить заданное качество переходного процесса по ограничиваемой координате. На предложенную САУ ГТД с АС получено свидетельство на полезную модель. Показано, что за счет введения эталонной модели включаемого канала и цепи сигнальной самонастройки можно построить САУ ГТД с включением корректирующих звеньев каналов после АС, обеспечить безударное переключение каналов и заданное качество переходных процессов.

6. Показано, что применение астатического корректора на режимах переключения каналов при действии помех позволяет повысить статическую точность многосвязной САУ ГТД с АС. На предложенную САУ ГТД с АС и астатическим корректором получено свидетельство на полезную модель.

Практическая значимость и внедрение результатов

Практическую значимость имеют полученные в работе:

1. Методики анализа устойчивости, помехозащищенности, статической и динамической точности многосвязных САУ ГТД с АС на режимах переключения каналов на основе предложенного метода структурных преобразований.

2. Принципы построения самонастраивающихся измерителей температуры газа ГТД с использованием нелинейных динамических моделей ГТД.

3. Методы синтеза многосвязных САУ ГТД с АС исходя из заданного качества переходных процессов в ограничителе температуры газа на основе динамического изменения задающих воздействий разомкнутых каналов или использования самонастраивающегося корректирующего звена после АС.

4. Метод повышения статической точности многосвязных САУ ГТД с АС при действий помех с помощью астатического корректора.

Внедрение результатов, полученных в работе:

1. Результаты диссертационной работы в виде методик исследования и методов повышения качества внедрены в практику проектирования САУ ГТД на Уфимском научно-производственном предприятии "Молния" и использовались при доработке алгоритмического и программного обеспечения САУ изделия 27.

2. Структурная схема самонастраивающейся системы автоматического регулирования температуры газа и ее реализация в виде макета опытного регулятора, предложенные автором, использовались для летних исследований ГТД и их САУ в Летно-исследовательском институте им. М.М.Громова (г. Жуковский).

3. Научные результаты, полученные автором, внедрены в учебный процесс Уфимского государственного авиационного технического университета и используются им при проведении занятий по дисциплине "Системы автоматического управления JIA н их СУ".

Связь исследований с научными программами

Работа выполнена на кафедре "Авиационное приборостроение" УГАТУ в соответствии с планами НИР отраслевой лаборатории электронной автоматики авиационных силовых установок летательных аппаратов минавиалрома (1981 -1990 гг.), а также в соответствии с федеральной целевой программой "Государственная поддержка интеграции высшего образования и фундаментальных наук на 1997-2000 гг." и программой поддержки научных исследований в области технических наук Академии наук Республики Башкортостан.

Апробация и публикации

Основные положения, представленные в диссертации, были изложены и обсуждены на 10 научных конференциях. Список публикаций по теме диссертации включает 20 научных трудов, в том числе 3 статьи в межвузовских научных сборниках, 7 тезисов докладов в трудах конференций, 3 авторских свидетельства на изобретения, 2 свидетельства на полезные модели, 3 научно-технических отчета, 2 учебных пособия.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ

Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и списка использованных источников. Основная часть работы содержит 132 страницы машинописного текста, 45 страниц иллюстраций и таблиц.

Во введений к диссертации обсуждается актуальность решаемой научной задачи, указывается связь исследований с научными программами, формулируются цель и задачи исследования, перечисляются подходы я методы решения задач, приводятся результаты, выносимые на защиту, отмечается их научная новизна и практическая значимость. Приводятся сведения о внедрении результатов, апробации работы и публикациях.

Первая глава посвящена анализу принципов построения многосвязных САУ ГТД с селектированном каналов.

Известно, что ГТД является нелинейным, нестационарным, многомерным, многосвязным объектом управлением, причем, число управляющих воздействий на ГТД может быть меньше числа его управляемых координат. Поэтому в структурную схему многосвязной САУ ГТД включаются специальные логические устройства - селекторы каналов, обеспечивающие подключение к управляющему воздействию ГТД того или иного канала в зависимости от режима работы или условий полета. Обычно применяется принцип селектирования с приоритетом по алгебраической величине, согласно которому регулируется параметр двигателя, наиболее приблизившийся к величине, определяемой программой регулирования. Такое селектирование реализуется с помощью АС.

Проведен анализ различных способов построения АС и отмечены основные проблемы, возникающие при их использовании в многосзязных САУ ГТД. Показано, что применение АС, устраняющих зону совместной работы, позволяет сохранить статическую точность и запасы устойчивости регулирования, свойственные автономным регуляторам параметров. Однако, взаимодействие каналов управления при этом сохраняется на переходных режимах, характер которых зависит от программ регулирования, способов селектирования и динамических свойств регуляторов.

Действительно, АС является статическим звеном, поэтому устранение зоны совместной работы каналов справедливо лишь для статических режимов работы системы управления. Взаимодействие каналов сохраняется на переходных режимах и при действии возмущений. При этом возможно возник-

новение зоны совместной работы при действии помех, а также режима обратного переключения канатов, скачков и перерегулирований по выходным координатам при различных динамических характеристиках каналов. Это приводим к ухудшению динамических характеристик САУ и снижению ресурса ГТД. Следовательно, в САУ с АС условия переключения каналов необходимо увязывать с заданным качеством переходных процессов по выходным координатам объекта управления.

Кроме того, АС является нелинейным логическим звеном, поэтому и САУ с АС необходимо рассматривать как нелинейную, логико-динамическую систему. Как известно, нелинейное преобразование гармонических и случайных сигналов может приводить к появлению постоянных составляющих. Поэтому при действии на САУ с АС гармонических или случайных возмущений при наличии зоны совместной работы каналов возможна потеря статической точности системы.

Следовательно, актуальной задачей для многосвязной САУ ГТД с АС является обеспечение заданного качества переходных процессов в канале управления, замыкаемом через селектор, а также статической точности каналов при действии помех. Рассматриваемые в работе многосвязные САУ с се-лектированием каналов (рис Л) являются нелинейными логико-динамическими системами, вопросы исследования и разработки которых применительно к ГТД относительно режима переключения каналов рассмотрены недостаточно полно.

Показана, что для выдерживания необходимых условий переключения каналов на переходных режимах динамические характеристики измерителей выходных координатах не должны искажать эти условия. Исходя из этого, для канала температуры газа в САУ ГТД с АС инерционность термопары должна быть скорректирована в самонастраивающемся измерителе.

Проведен анализ известных методов анализа и синтеза нелинейных многосвязных САУ и в соответствии с выбранным направлением сформулированы цель и задачи исследования, включающего разработку метода структурных преобразований многосвязных САУ ГТД с АС, их анализ на режимах переключения канатов и их синтез с учетом требуемого качества переходных процессов в канале управления, замыкаемом через селектор, а также статической точности каналов при действии помех.

Во второй главе рассмотрено математическое описание АС на основе непрерывной логики и получены его эквивалентные кусочно-линейные модели относительно разности сигналов на входе. Разработан метод структурных преобразований многосвязньгх САУ ГТД с АС, позволяющий проводить их исследование на режимах переключения каналов.

Одним из режимов работы АС в САУ является режим переключения с одного канала на другой. Очевидно, что в этом случае можно рассматривать работу лишь двух каналов, наиболее близких к селектированию. Причем, важным информативным параметром для АС и, как будет показано далее, для многосвязной САУ с АС является разность его входных сигналов, т.е. ъыход-

II II

w(p) ÂC Wp(p)

wp(p)

н(р)

Рис.1

Рис.2

Рис. 3

ных сигналов селектируемых каналов

е^и-и^ (1)

знак которой говорит о включении того или иного канала, а величина - о близости к моменту селекгирования.

Относительно разности входных сигналов

е =и,-и3 (2)

выражение, описывающее работу АС двух величин, на основе непрерывной логики преобразуется с использованием операции выделения модуля следующим образом

Ги.при^О , [и2 прице<0 21 и

где = 1 для селектора максимального сигнала; ц = -1 для селектора минимального сигнала.

Следовательно, АС может быть представлен в виде эквивалентной нелинейной структуры, включающей в себя нелинейность М(е) Типа "модуль" М(е)=це|. (4)

Аналогично могут быть построены эквивалентные нелинейные структуры АС с использованием единичных функций.

Структурная схема АС с числом сигналов ш > 2 может быть представлена, например, как последовательное соединение т -1 АС двух сигналов.

Предложен метод струетурных преобразований относительно сигнала 8 многосвязных САУ с АС двух сигналов и п неселектируемыми каналами (рис. 1). Показано, что с учетом (3) в результате эквивалентирования рассмотренной САУ с АС получаем структурную схему одноканальной нелинейной относительно сигнала е системы (рис .2). При этом в качестве нелинейности рассматривается нелинейность типа (4).

Этот метод при отсутствии неселекгируемых каналов позволяет получить достаточно простые соотношения. Например, для многосвязной САУ с АС (рис.3) в результате преобразования получаем эквивалентную структурную схему системы, приведенную на рис. 2 при с -О, где

ф(р ) = (5)

2+\У,(р) + %'п(р)

^1(р)=^(р)\/р(р)Н,(р)); (6)

ед=%'2{рК(р)Н2(р)); (7)

*о(р) = ^(р)¥10(р) - ^2(р)У20{р); (8)

Следовательно, анализ многосвязной САУ ГТД с АС на режимах переключения каналов сводится к исследованию поведения координаты е в полученной эквивалентной одноканальной нелинейной системе, например, с

помощью методов гармонической или статистической линеаризации, для которых порядок линейной части системы не является ограничением, изменение знака е связано с переключением селектируемых каналов. Устойчивые периодические колебания по е говорят о наличии колебаний в САУ с АС. Стремление е в бесконечность связано с неустойчивостью исходной САУ.

Показано, что линейная часть Ф(р) эквивалентной нелинейной системы является низкочастотным фильтром.

В третьей главе на основе предложенного метода структурных преобразований проведен анатиз и разработаны инженерные методики исследования устойчивости и помехозащищенности режима переключения каналов, статической и динамической точности многосвязных САУ ГТД с АС.

Характерным режимом работы многосвязноя САУ ГТД с АС является режим переключения каналов. В ряде случаев такое переключение может быть непрерывным или достаточно длительным и существенно нарушать нормальную работу САУ.

Режим непрерывных переключений канатов в САУ с АС для двумерного объекта с одним управляющим воздействием (ряс. 3) характеризуется наличием незатухающих колебаний по разности сигналов е на входе АС. Определены условия существования колебаний координаты е в эквивалентной нелинейной системе (рис. 2 при с = 0) методом гармонической линеаризации. Вследствие того, что нелинейность типа "модуль" - четная и в системе присутствуют постоянные сигналы а0 и Ъ0, для данной нелинейной системы характерны несимметричные колебания

со

s = А0 + At sino ¡t + J^i А, яЦко-^-кр,), (10) 1=2

где А0 - амплитуда постоянной составляющей; A¡, (fl¡ и <p¡ - амплитуда, частота и фаза гармонических составляющих.

Переключения канатов в САУ с АС возможны, если сигнал s меня-

trf 3*шк

n<amax (11)

где А^ - максимальное значение периодической составляющей сигнала е. При выполнении гипотезы фильтра, при исследовании в первом приближении переключения возможны, если

|A0¡<A, (12)

Получены условия выполнения этого соотношения. Показано, что необходимыми условиями существования режима непрерывных переключений каналов в САУ с АС являются колебательная неустойчивость одного из каналов САУ и определенные соотношения между задающими воздействиями каналов. При выполнении этих условий в САУ с АС возникает режим устойчивых колебаний, амплитуда которых зависит от разности задающих воздействий каналов.

Наличие случайных помех в многосвязных САУ ГТД с АС может при-

водить к ссзштюгевшс режима случайного переключения даже пря селгк-тировании каналов с хорошими динамическими характеристиками. Режим случайного переключения каналов характеризуется случайным изменением знака разности входных сигналов АС и исследование этого режима также, как и при анализе устойчивости, можно свести к анализу поведения сигнала е в эквивалентной нелинейной системе.

Для анализа влияния помех на точность САУ с АС (рис.3) использована эквивалентная структурная схема (рис. 2 при с = 0) и метод статистической линеаризации в предположении, что выполняется гипотеза фильтра. Показа-■ но, что наличие помехи в одном из каналов приводит к изменению условия селектирования по сравнению с е = 0, когда помеха отсутствует. В этом случае происходит случайное переключение канатов, т.е. возникает зона совместной работы каналов. Рассмотрены условия, получены и определены параметры таких переключений, установлено их влияние на статическую точность САУ.

Как известно, для четных нелинейных характеристик', обладающих выпрямляющими свойствами, математическое ожидание на выходе отлично от нуля даже при пулевом математическом ожидании случайного сигнала на входе. Следовательно, наличие случайных помех и возникновение зоны совместной работы приводит к смещению регулируемой величины отселекти-рованного канала от уставочного значения. Показано снижение статической точности САУ в зоне совместной работы каналов при действии случайных и гармонических помех.

В многосвязных САУ ГТД с АС структура и динамические характеристики объекта управления могут быть различными по отдельным координатам, следовательно, и корректирующие звенья в каналах управления этими координатами также будут разными.

На основе эквивалентного кусочно-линейного описания САУ проведен анализ качества переходных процессов в ограничителе температуры газа. Показано, что качество переходных процессов в САУ с АС зависит от соотношения динамических характеристик объекта управления по селектируемым координатам даже при точной коррекции отдельных каналов. Проведено исследование двух вариантов САУ ГТД с АС: с включением корректирующих звеньев каналов перед АС и с включением - после АС. Показано, что в первом случае возможно появление запаздывания в переключении каналов и заброса ограничиваемой координаты, а во втором - появление скачков по координатам и режима обратного переключения каналов.

Разработанные инженерные методики анализа многосвязных САУ ГТД с АС использованы при исследовании САУ изделия 27. Проведенное цифровое моделирование рассмотренной САУ показало хорошее качество отдельных каналов управления, процесс селектирования с одного канала на другой происходит без значительных запаздываний и обратных переключений. Пря исследовании помехозащищенности и статической точности САУ изделия 27 отмечено сильное влияние гармонических и случайных помех на сгатиче-

скую точность САУ на режимах совместной работы каналов. Полученные результаты показывают возникновение и устойчивое существование режима переключения каналов в САУ, приводящее к существенному уменьшению значения п]. и GT, особенно при гармоническом и случайном возмущениях по выходному сигналу гермопреобразователя. Так, при действии случайной помехи с нулевым математическим ожиданием и среднеквадратическим отклонением, равным 1% Ттодс статическая ошибка по я* составила 2,2%.

В четвертой главе рассмотрены основные задачи, решаемые при синтезе многосвязных САУ ГТД с АС:

• синтез малоинерционных измерителей выходных координат ГТД, из которых наиболее актуальными являются самонастраивающиеся измерители температуры газа, исхода из возможности реализации необходимых условий переключения АС в многосвязной САУ и получения требуемой динамической точности системы;

• синтез отдельных самонастраивающихся каналов САУ, исходя из заданных требований к управлению выходными координатами ГТД, где важное значение имеет правильный выбор структуры основного контура;

• синтез многосвязных САУ ГТД с АС с учетом режима переключения АС, при этом, решаются вопросы получения заданного качества переходных процессов и требуемой статической точности.

Проведен синтез самонастраивающихся измерителей температуры газа ГТД с использованием замкнутых и разомкнутых контуров самонастройки, а также нелинейных динамических моделей ГТД. При построении самонастраивающихся измерителей температуры газа использованы косвенные вычисления различных параметров ГТД. Получен алгоритм косвенного вычисления различных параметров двухвального ГТД (температуры газа, расхода газа и др.):

X¡ = Xj0(n2)+Aj(n3)An, + A-(n2)ñ2 - A3{n,;ñ¡, (13)

достоинством которого является использование параметров ГТД, измеряемых с высокой точностью, для определения труднонзмеряемых координат. Разработаны принципы построения самонастраивающихся измерителей температуры газа ГТД, основанные на использовании косвенной информации о температуре и расходе газа по частотам вращения роторов и их производным с помощью кусочно-линейных моделей ГТД. Получены три авторские свидетельства на предложенные решения. Показано, что разработанные измерители позволяют обеспечить необходимую динамическую точность-измерения и регулирования температуры газа при наличии помех. Исследование САУ температуры газа показали ее высокое быстродействие (1...2 с.) и отсутствие перерегулирования, что исключает перегрев ГТД во всех условиях эксплуатации и увеличивает ресурс его горячей части.

Рассмотрен выбор структуры основного контура отдельных самонастраивающихся каналов САУ ГТД с АС с учетом малых ns-paivierpoB. Показа-

Tft

.u

но, что при ограничении на сложность контура самонастройки полная компенсация изменения динамических характеристик САУ ГТД на режимах стабилизации может быть достигнута с помощью последовательного перестраиваемого корректирующего звена

Проведен синтез двух вариантов построения многосвязной САУ ГТД с АС из условия получения заданного качества переходных процессов в ограничителе температуры газа: с корректирующими звеньями каналов перед АС и после АС. Показано, что коррекция момента селектирования в САУ ГТД с АС (рис. 4) за счет изменения задающих воздействий разомкнутых каналов позволяет ликвидировать запаздывание в переключении канатов и обеспечить заданное качество переходного процесса по ограничиваемой координате. Разработана методика синтеза перекрестных корректирующих звеньев, исходя из необходимых условий селектирования. Например, для условия

На предложенную САУ ГТД с АС получено свидетельство на полезную модель.

Предложен метод синтеза САУ ГТД с АС как для объекта управления с различными динамическими характеристиками канатов и с включением корректирующих звеньев после АС, позволяющий строить САУ с компенсацией динамической погрешности, возникающей в момент переключения АС, обеспечивать безударное переключение каналов и заданное качество переходных процессов. Это обеспечивается за счет введения эталонной модели включаемого канала и цепи сигнальной самонастройки (рас. 5)

Рассмотрены методы повышения помехозащищенности и, соответственно, статической точности на режимах совместной работы канатов. Показано, что для повышения статической точности многосвязных САУ ГТД с АС на режимах селектирования каналов при наличии помех можно использовать астатический корректор, работающий в зоне совместной работы каналов. Проведен синтез астатического корректора и устройства определения зоны совместной работа каналов. Показано, что применение данных решений для САУ изделия 27 позволяет повысить в 5 раз точность поддержания режима в зоне совместной работы канатов при действии помех. На предложенную САУ ГТД с АС и с астатическим корректором получено свидетельство на полезную модель.

Е, =Е2:

(14)

(15)

РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

В диссертации содержится решение научной задачи разработки методов и алгоритмов анализа и синтеза многосвязных САУ ГТД с АС, позво-

w,(p)

Hj(p)

wk(p)

KJI

AC

W5(P)

W.(p) K2

" -2

W2(P)

H2(p) •

L

Рис. 4

оЛ

U

Г5*

AC

—

T,

lEf

Wt(p)

F

rm

wc(p)

1

Wp<p)

Ur

ад

Нг(р)

Г

■"гмл . * .-.-

■ J______l_Kgj

Рис. 5

яяющчх исследовать поведение обеспечить требуемые характеристики САУ на режимах переключения каналов, имеющей существенное значение при создании систем управления авиационными двигателями. В ходе исследования получены следующие результаты:

1. Разработан метод структурных преобразований многосвязных САУ ГТД с АС двух переменных, позволяющий формализовать процедуру исследования систем данного класса на основе использования эквивалентных од-ноканальных нелинейных систем с типовыми нелинейностями типа "модуль" или "ключ".

2. Проведен анализ и разработаны методики исследования устойчивости, помехозащищенности и статической точности многосвязных САУ ГТД с АС на режимах переключения каналов, позволяющие получеть аналитические условия существования и рассчитать параметры таких режимов. Показано снижение статической точности САУ с АС в зоне совместной работы каналов при действии случайных и гармонических помех.

3. Проведен анализ и разработана методика исследования качества переходных процессов в многосвязных САУ ГТД с АС, с помощью которых установлено, что качество переходных процессов зависит от соотношения динамических характеристик объекта управления по селектируемым координатам.

4. Разработаны принципы построения самонас!раивающихся измерителей температуры газа ГТД, основанные на использовании косвенной информации о температуре и расходе газа по частотам вращения роторов и их производным с помощью кусочно-линейных моделей ГТД, позволяющие обеспечить необходимую динамическую точность измерения температуры газа при наличии помех и необходимые условия переключения каналов в многосвязной САУ ГТД с АС. '

5. Разработаны методы синтеза многосвязных САУ ГТД с АС, использование которых позволяет обеспечить заданное качество переходных процессов в ограничителе температуры газа на режимах переключения каналов (время регулирования 1...2 с. и отсутствие перерегулирования).

6. Разработан метод повышения статической точности многое вязных САУ ГТД с АС на режимах переключения каналов при действии помех с помощью астатического корректора, работающего в зоне совместной работы каналов. Для САУ изделия 27 это позволяет повысить точность в 5 раз.

ОСНОВНЫЕ ПУБЛИКАЦИИ

1. Шаймарданов Ф.А., Фрид А.И., Петунии В.И. Системы автоматического управления силовыми установками летательных аппаратов. - Уфа: УАИ, 1976. - 100с.

2. Петунии В.Й., Фрид А.И., Шаймарданов Ф.А. Выбор структуры основного контура самонастраиващейся системы управления газотурбинного двигателя И Электроника и автоматика: Межвуз. науч. сб. К°2,- Уфа: УАИ, 1977.-С. 107-112.

3. Петунии В.И. Об одном методе структурных преобразований систем управления с идеальным алгебраическим селектором // Управление сложными техническими системами: Межвуз. науч. сб. №2. - Уфа: УАИ, 1978. - С.67-72.

4. Петунии В.И., Фрид А.И., Шаймарданов Ф.А. О структурном преобразовании многосвязных систем управления с селектором. // Электронные системы управления и контроля летательных аппаратов: Межвуз. науч. сб. №3. - Уфа: УАИ, 1978. - С. 52-55.

5. Петунии В. И., Фрид А.И., Шаймарданов Ф.А. Об устойчивости одного класса систем автоматического управления с селектором для газотурбинных двигателей И Автоматизация технологических процессов н промышленных установок: Тез. докл. третьей обл. науч. конф. - Пермь, 1978. - С. 74.

6. Кудрявцев A.B., Петунии В.И., Шаймарданов Ф.А. О повышении динамической точности определения температуры газов за турбиной газотурбинного двигателя // Методы и средства машинной диагностики газотурбинных двигателей и их элементов: Тез. докл. Всесоюз. науч. конф. Том 2. -Харьков, 1980.-С.50-51.

7. Разработка и исследование адаптивных систем регулирования ГТД на базе систем с переменной структурой (СПС) и самонастраивающихся систем (СНС): Отчет / Уфямск. ордена Ленина аваац. ян-г; Руковод. Ф. А. Шаймарданов; Ks ГР 80055675; инв № 5999843. - 1981 г. - 55с.; Петунии В.И., разд. 1,2,3. (ДСП).

8. Оценка алгоритма расчета параметров ГТД на переходных режимах его работы, основанного на использовании информации о частотах вращения роторов двигателя: Отчет / предпр. п.я. В-8759; Руковод. В.Т.Дедеш, Ф. А.Шаймарданов; - Кч ГР Х72811; инв. № 893-81-111. - 1981 г. - 24с.; Петунии В.И., разд. 1,2. (ДСП).

9. A.c. № 1052043 СССР; М.Кл.З F02C 9/28. Система автоматического регулирования газотурбинного двигателя / А.В.Кудрявцез, В.И.Петунин, И.Д.Рыжов, А.И.Фрид, Ф. А.Шаймарданов, М.М.Рагатин. - № 3410612/25-06; Заявл. 19.03.82; Опубл. 30.10.83. Бюл № 40. (ДСП).

10. A.c. Ks 1331186 СССР; МКИ4 F02C 9/28. Система автоматического регулирования газотурбинного двигателя /, В.И.Петунин, А.И.Фрид, Ф.А.Шаймарданов. 3986410/25-06; Заявл. 9.12.85: Опубл. 15.08.87. Бюл. № 30. (ДСП).

11. A.c. № 1464595 СССР; МКИ4 F02C 9/28. Система автоматического регулирования газотурбинного двигателя / В.И.Петунин, А.И.Фрид, И.Е.Медведев, Ф.А.Шаймарданов. - № 4152523/25-06; Заявл. 25.11.86; Опубл. 7.03.89. Бюл. №9. (ДСП).

12. Петунии В.И., Фрид А.И. Самонастраивающаяся САР температуры газов ГТД // Тез. докл. Второй Всесоюз. конф. "Системы"автоматического управления летательными аппаратами". - М.: МАИ, 1988. - С. 105. (ДСП).

13. Петунии В. И. Исследование самонастраивающейся САР температуры газов ГТД: Методические указания к лабораторной работе по курсу

"Системы автоматического управления летательными аппаратами и их сило-вымя установками". - Уфа: УАИ1988. - 24с.

14. Петунни В Л., Фрид АЛ., Шаймарданов Ф.А. Об устойчивости и помехозащищенности САУ с селекторами // Управление многосвязными системами: Тез. докл. VI Всесоюз. совещ. - Москва, 1990. - С. 112-113.

15. Петунии В.И. О качестве процессов управления в САУ с селекторами // Новые направления в теории систем с обратной связью: Тез. докл. 1 Совещ. - Москва, 1993. - С.160.

16. Петунии В.И., Фрид А.Й., Шаймарданов Ф.А. К вопросу о статической точности САУ с селекторами при действии помех // Технология механообработки: физика процессов и оптимальное управление: Тез. докл. международной конф., посвященной 75-летию со дня рождения АДМакарова. Часть!.-Уфа, 1994.-С.113.

17. Петунии В.И. Особенности синтеза САУ с селекторами // Аналитическая механика, устойчивость и управление движением: Тез. докл. Второго Всероссийского Ахметгалеевского семинара. -Казань, 1995. - С. 28.

1В. Свидетельство № 2416 на полезную модель; МГОС F 02С 9/28. Система автоматического регулирования газотурбинного двигателя / В.ИЛетунин, А.И.Фрид, В.ВБасильев, Ф.А.Шаймарданов. - № 95108046; За-явл. 18.05.95; Опубл. 16.07.96. Бгод. Л1> 7.

19. Свидетельство № 3008 на полезную модель; МПК F 02С 9/28. Система автоматического регулирования газотурбинного двигателя / В.ИЛетунин, А.И.Фрид, Р.Р.Зарипов, Ф.А.Шаймарданов. 95110175; За-явл. 15.06.95; Опубл. 16.10.96. Бюд. № 10.

20. Методика анализа качества переходных процессов, устойчивости и помехозащищенности САУ изделия 27 на режимах совместной работы каналов: Отчет / УШ1П "Молния" Инв. № 30-98-240. -1998. - 30 е.; Петунии В.И., разд. 1-7.

Диссертант

В. И. Петунин