Регулятор Советский патент 1985 года по МПК G05B13/02 

Изобретение относится к авиационной технике и может быть примененено при управлении, например, газо турбинньии двигателями. Целью изобретения является повышение точности регулятора, На фиг,1 представлена структурна схема регулятора} на фиг,2 - эпюры переходньпс процессов в известном регуляторе при различных начальных значениях сигнала рассогласования представлены на фиг,3 - эпюры пере ходных процессов в регуляторе при различных начальных значениях сигна ла рассогласования; на фиг,4 - влия ние величины и знака сигнала рассогласования на продолжительность переключения коэффициентов регулятора;на фиг. 5 - влияние помехи на входе в регу лятор на его установившемся режиме. Регулятор содержит второй суммагор 1, переключатель 2, первый пропорциональный блок 3, дифференциатор 4, масштабирующий элемент 5, блок 6 формирования функции переключения, логический блок 7, масштабирующие элементы 8 и 9, инерционный блок 10, первый сумматор 11, масштабирующий элемент 12, первый блок 13 умножения, генератор 14 опеременного напряжения, второй пропорциональный блок 15, второй блок 1б умножения, масштабирующие элемен ты 17 и 18, ключ 19, суммирующий элемент 20, перемножитель 21, сигну реле 22, суммирующие элементы 23-25 инерционный элемент 26, измеритель 27 сигнала рассогласования. На,чертежах приняты следующие обозначения: Х-сигнал рассогласова,ни т,е, выходной сигнал измерителя 27 рассогласования, -производная сигнала рассогласования, т,е. выходной сигнал дифференциатора 4i Х+аХ-выхо ной сигнал второго сумматора 1,VCX+aX) - выходной сигнал переключа теля; и - выходной сигнал регулятор т,е, выходной сигнал пропорционального блока 3, сХ- выходной сигнал масштабирующего элемента 5; if- выходной сигнал первого сумматора 11, (Tsin 3wt - выходной сигнал первого блока 13 умножения; K-sinUt - выхо ной сигнал второго пропорциональног блока 15; Ц1 - коэффициент усиления переключателя 2; Х, Xj, Х,- первое второе и третье начгшьные значения сигнала рассогласования X. В состав второго сумматора 1 входят масштабирующий и суммирующий элементы 3 и 23, В состав переключате ля 2 входят масштабирующие элементы 17 и 18, ключ 19 и суммирующий элемент 20, в состав блока формирования функции переключения входят масштабирующий и суммирующий элементы соответственно 5 и 24, В состав инерционного блока 10 входят масштабирующий 9 и инерционный 26 элементы, В состав первого сумматора 11 входят масштабирующий 12 и суммирующий 25 элементы, В состав логического блока 7 входят перемножитель 21 и сигнум-реле 22, Регулятор работает следующим образом. На выходе измерителя 27 рассогласования формируется сигнал рассогласования X, который поступает на один из входов второго сумматора 1, вторые входы блока 6 формирования функции переключения и второго блока 16 умножения и на вход дифференциатора 4. С выхода дифференциатора 4 сигнал X, пропорциональньй первой производной сигнала рассогласования X, поступает на входы масштабирующих элементов 5 и 8, Сигнал сХ с выхода масштабирующего элемента 5 подается на первый вход блока 6 формирования функции переключения, а сигнал аХ с выхода масштабирующего элемента 8 на вход суммирующего элемента 23, где суммируется с сигналом рассогласования X, Полученный на выходе второго сумматора 1 сигнал Х+аХ подается на сигнальный врсод переключателя 2 (в примере конкретного выполнения переключателя 2 - на входы масштабирующих элементов 17 и 18), на второй вход логического блока 7 (в примере выполнения логического блока 7 - на один из входов перемножителя 21) и на вход масштабирующего элемента 12, откуда усиленньй в раз поступает на один из входов суммирующего элемента 25, Переключатель 2 в зависимости от сигнала, поступающего на его управляющий вход с выхода логического блока 7, имеет различные значения коэффициента усиления М, В примере выполнения переключателя 2 в зависимости от состояния управляемого ключа 19 - замкнут или разомкнут - на вход суммирующего элемента 20 поступают сигналы с выходов масштабирующих элементов 17 и 18, коэффициенты усиления которых равны соответственно oL и (), либо сигнал только с выхода масшта. бирующего элемента 17. Соответствен но коэффициент усиления V переключателя 2 принимает значения - Та1- -() если ключ 19 замкн о1. если ключ 19 разом Сигнал (Х+аХ) с выхода переключателя 2 (в примере - с выхода суммирующего элемента 20) подается на выходы пропорционального блока и масштабирук)щего элемента 9. Выходной сигнал масштабирующего элемента 9, равный К У(Х+аХ), где коэффициент усиления усилителя 9, подается на вход инерционного элемента 10 с передаточной функцией W,(P) ;., . , где Т - постоянная времени инерционного элемента 10. В результате на выходе инерционного элемента Ю формируются сигнал К V(X+aX) Этот сигнал подается на второй вход суммирующего элемента 25,где суммируется с сигналом К(Х+аХ), поступившим с выхода масштабирующего элемента 12. Сформированный в сумматоре 11 сигнал обрат. К (Х+а)) .. f . НОИ связи с/ - . .-К.(Х+аХ) дается на вход (первый) первого бло ка 13 умножения. На второй вход пер вого блока 13 умножения поступает сигнал sin 3u)t, сформированный на первом выходе генератора 14 перемен ного напряжения, который перемножается в первом блоке 13 умножения с сигналом обратной связи (f. Результирующий сигнал подается на третий вход блока 6.формирования функции переключения. Сформированный на втором выходе переменного генератора 14 сигнал sin u)t подается на вход второго пропорционального блока 15, с выхода которого усиленный в К раз поступает во второй блок 16 умножения, где перемножается с сигналом рассогласования X. Полученный на выходе второго блока 16 умножения сигнал X К 8ina)t подается на четвертый вход блока 6 формирования функции переключения. В результате

при большой)скорости протекания переходного процесса.

В конечной стадии переходного процесса (фиг.4) сигнал обратной связи , так как коэффициент усиления регулятора.4U 1.

На установившихся режимах (Х«0) амгоштуда сигнала XK-sinwt равна блок 6 формирования функции переключения формирует выходной сигнал в следующем виде: S X+cX+X-K-sinu) 3u)t Этот сигнал подается нл первый вход логического блока 7. В.зависимости от значений поступающих . на первый и второй входы логического блока 7 сигналов S и Х+ +аХ соответственно, выходной сигнал логического блока 7 равен либо минус единице, либо единице. Выходной сигнал логического блока 7 подается на управляюгций вход переключателя 2, В примере реализации логического блока 7 в перемножителе 21 перемножаются сигнал X + аХ с выхода сумматора 1 и сигнал S с выхода блока 6 формирования функции -переключения. ,В зависимости от знака сигнала S(Х+а), подаваемого на вход сигнумреле 22, ключ 19 переключателя 2 находится в замкнутом или разомкнутом состоянии. Если sign| s(X+aX), ключ 19 разомкнут, если sign S(X+ +аХ)0 - замкнут. Состояние ключа 19 определяет коэффициент усиления V переключателя 2. Сигнал на выходе пропорционального блока V(X+aX), где К коэффициент усиления блока 3, является выходным сигналом регулятора. На фиг.З представлена на фазовой плоскости зона существования высокочастотных переключений коэффициентов регулятора при коэффициенте усиления блока 15 . С уменьшением К эта зона сужается к линии . На фиг.1 пока:зано влияние величины и знака сигнала рассогласования на продолжительность переключения коэффициентов регулятора. В начальной стадии переходного процесса (фиг.4) сигнал обратной связи, вследствие того, что выбирается больше Ч., , и наличие инерционного блока 10 будет приводить к более быстрому уменьшению коэффициента усиления регулятора

величине сигнала Х+сХ, а коэффициент усиления регулятора близок к максимальному, и переключение структур регулятора будет происходить только . под действием сигнала обратной связи « (фиг.5).

Появление помех на входе в регулятор будет приводить к изменению сигнала X производной сигнала рассогласования X при практически неизменном сигнале рассогласования X. При этом будут меняться два сигнала, участвующие в формировании функции переключения cii и cAsin 3wt. Причем увеличение сигнала X будет приводить к увеличению первого сигнала и увеличению амплитуды второго сигнала и наоборот. Как видно из фиг.5, быстрое изменение сигнала рассогласования не приводит к существенному изменению времени переключения коэффициентов регулятора V.

Таким .образом, наличие сектора существования высокочастотных переключений коэффициентов регулятора позволяет получить оптимальные переходные процессы независимо от величины значений начального сигнала рассогласования .

Возможность получения большого

5 коэффициента усиления (в 5 раз больше, чем у известного регулятора) розволяет обеспечить высокую точность регулирования на установившихся режимах.

10 Предлагаемый регулятор по сравнению с известным позволяет уменьшить время регулирования в 2-3 раза и увеличить точность регулирования на установившихся режимах в 3-4 раза.

15 Неточность поддержания предельной температуры газа на 5С, что имеет место при использовании базового регулятора, может- привести к сокращению ресурса двигателя на 5%, а на

20 -5°С - к потере тяги на 2%, Кроме поддержания точности на установившихся режимах, на увеличение ресурса ГТД большое влияние оказьгоает точность регулирования на переходных режимах.

Использование предлагаемого регулятора позволит по сравнению с базовым регулятором увеличить ресурс двигателя на 5%.

Фиг. 2

РЕГУЛЯТОР, содержащий последовательно соединенные инерционный блок и первый сумматор, и последовательно соединенные измеритель рассогласования, дифференциатор и блок формирования функции переключения, соединенный вторым входом с выходом измерителя рассогласования, а выходом через логический блок - с управляющим входом переключателя, соединенного выходом с входом первого пропорциональ.ного блока, отличающийся (тем, что, с целью повышения точности регулятора, в нем дополнительно установлены генератор переменного напряжения, первый и второй блоки умножения, второй пропорциональный блок и второй сумматор, соединённый входами с выходами соответственно измерителя рассогласования и дифференциатора, а выходы с сигнальным входом переключателя, вторым входом логического блока 1и аторым входом первого сумматора, соединенного выходом с первым входом первого блока умножения, подключенного вторы входом к первому выходу генератора переменного напряжения, а выходом - к третьему (Л входу блока формирования функции переключе 1ия, подключенного четверс тый входом к выходу второго блока умножения, соединенного первым входом с выходом измерителя рассогласования, а вторым входом через второй пропорциональный блок Од с вторым, выходом генератора переОд менного напряжения, выход переклю чателя соединен с входом ийерционного блока. Од

, r f A j f ЛгА A y V