УСТРОЙСТВО ПРОГРАММНОГО УПРАВЛЕНИЯ ГАЗОТУРБИННЫМ ДВИГАТЕЛЕМ Советский патент 1995 года по МПК G01M15/00 

Изобретение относится к автоматике, в частности к устройствам автоматизации стендовых испытаний двигателей.

Цель изобретения повышение точности отработки режимов приемистости устройства путем автоматического изменения режимов скорости отработки заданного угла перемещения рычага управления двигателем.

На фиг.1 схематически изображено предлагаемое устройство; на фиг.2 показана циклограмма работы задатчика времени совместно с логическим элементом И.

Устройство программного управления газотурбинным двигателем, содержащее последовательно соединенные исполнительный механизм 1, рычаг 2 управления двигателем, блок 3 цифрового измерения угла и блок 4 сравнения, к второму входу которого подключен задатчик 5 режимов, преобразователь 6 кода в частоту, задатчик 7 времени, логический элемент И 8 и элемент 9 задержки, выход блока 4 сравнения подключен к первому входу преобразователя 6 кода в частоту, выход которого подключен к второму входу блока 4 цифрового измерения угла, а второй вход к третьему входу блока 4 сравнения и выходу элемента 9 задержки, вход которого подключен к входу задатчика 5 режимов, выходу задатчика 7 времени и входу логического элемента И 8, второй вход которого подключен к выходу преобразователя 6 кода в частоту, а выход к первому входу исполнительного механизма 1, второй вход которого подключен к второму выходу блока 4 сравнения, второй выход задатчика 5 режимов подключен к управляющему входу задатчика 7 времени.

Задатчик 5 режимов содержит переключатель 10 рода работы, кнопку 11 "Запись", логический элемент 2И-ИЛИ 12, программный переключатель 13, двоичный счетчик 14, запоминающее устройство 15, логический элемент ИЛИ 16, формирователь 17 импульсов и второй элемент 18 задержки, переключатель 10 рода работы подключен к первому и второму входам логического элемента 2И-ИЛИ 12, третий вход которого подключен к кнопке 11 "Запись" и входу второго элемента 18 задержки, четвертый к выходу задатчика 17 времени, а выход к первому входу двоичного счетчика 14, второй вход которого подключен к выходу формирователя 17 импульсов, вход которого подключен к выходу логического элемента ИЛИ 16, входы которого подключены к переключателю 10 рода работы, выход двоичного счетчика 14 подключен к первому информационному входу запоминающего устройства 15, второй информационный вход которого подключен к выходу программного переключателя 13, информационный выход к второму входу бока 4 сравнения, первый управляющий вход к переключателю 10 рода работы, второй управляющий вход к выходу второго элемента 18 задержки.

Блок 4 сравнения содержит последовательно соединенные двоичный сумматор 19 и регистр 20, выход которого подключен к первому входу преобразователя 6 кода в частоту, а второй его вход к выходу элемента 9 задержки, второй выход двоичного сумматора 19 подключен к второму входу исполнительного механизма 1, а его первый и второй входы подключены соответственно к выходам блока 3 цифрового измерения угла и задатчика 5 режимов.

Кроме того, задатчик 5 режимов содержит резисторы 21, 22 и 23 для задания значения отключенных входов логических элементов, при переключении переключателя 10 и кнопки 11 "Запись".

Устройство работает следующим образом.

Устройство имеет два режима работы. В режиме "Ввод" производится занесение программы работы устройства в запоминающее устройство 15 вручную. В режиме "Работа" производится автоматическая отработка заданной программы.

При установке переключателя 10 в положение "Ввод" счетчик 14 устанавливается в нулевое положение через элемент ИЛИ 16 и формирователь 17. С помощью переключателя 13 оператор вручную задает на входы D запоминающего устройства 15 код, соответствующий первому значению углового положения РУД α₁ и нажимает кнопку 11 "Запись". При этом на выходе элемента 2И-ИЛИ 12 формируется импульс, который устанавливает счетчик 14 в положение 1. Выходной код счетчика поступает на адресные шины (вход А) 18 запоминающего устройства 15. При нажатии кнопки 1 "Запись" потенциал "Лог.1" поступает через элемент задержки на вход разрешения записи Рз в запоминающем устройстве 15 по первому адресу заносится код N, соответствующий α₁. Далее оператор последовательно набирает на переключателе 13 коды N₂, N₃,n угловых положений Руд в соответствии с заданной программой испытаний двигателя. После каждого набора кода переключателем 13 нажимается кнопка 11 "Запись". Счетчик 14 считает импульсы с выхода элемента 2И-ИЛИ 12, увеличивая на единицу адрес ячейки памяти запоминающего устройства 15. Емкость счетчика 14, т.е. количество адресов, определяется числом отрабатываемых приемистостей. Типичное значение n 200-500. Сигналы с выхода элемента 18 задержки поступают на вход Р₃ запоминающего устройства 15, разрешая занесение очередного кода отрабатываемого угла по адресу, задаваемому выходным кодом счетчика 14. При переводе переключателя 10 в положение "Работа" счетчик 14 будет установлен в нулевое положение по цепи элемент ИЛИ 16, формирователь 17. Потенциал "Лог.1" с переключателя 10 подается на управляющий вход задатчика временных интервалов (см. фиг.2, график 24) на вход элемента 2И-ИЛИ 12 и на вход "Разрешение воспроизведения" Р₈запоминающего устройства.

На фиг.2 приведена циклограмма работы задатчика 7 времени с элементом И 8. График 24 сигнал на управляющем входе задатчика 7 времени; график 25 сигнал на выходе задатчика 7 времени; график 26 сигнал на втором входе элемента И 8; график 27 сигнал на выходе элемента И 8. Задатчик 7 времени может быть выполнен по схеме делителя опорной частоты, стабилизированной кварцем, и регистром, формирующие стабильные интервалы времени с длительностью импульса τ, равной требуемому времени перехода с режима на режим, и с периодом следования Т, равным требуемому времени работы двигателя на режиме (фиг.2, график 25). Типичное значение τ 1-2 с, Т 10-30 с.

Первый импульс с выхода элемента 2И-ИЛИ 12 устанавливает счетчик 14 в положение "1". "1" с выхода счетчика 14 подается на адресный вход запоминающего устройства 15, задавая адрес первой ячейки памяти, в которую был записан код первого углового значения РУД α₁, "1" на входе Р_в разрешает считывание задаваемого кода углового значения РУД α₁, который непрерывно подается с выхода задатчика 5 режимов, на второй вход сумматора 19 блока 4 сравнения. На первый вход сумматора 19 подается код N_о с выхода блока 3 цифрового угла, соответствующий фактическому положению РУД α_о. На выходе S суммы сумматора 19 формируется код ΔN N₁ N_o, пропорциональный абсолютной величине равности Δ α= α₁ α_о. На выходе Р переноса сумматора 19 формируется сигнал, соответствующий знаку разности ΔN₁. Этот сигнал поступает на второй вход исполнительного механизма 1 и задается направление отработки. По переднему фронту импульса с задатчика 7, подаваемому через первый элемент 9 задержки на вход С синхронизации регистра 20, код Δ N с выхода S сумматора 19 переписывается в регистр 10. Выходной код регистра 10 поступает на первый вход преобразователя 6 кода в частоту. На второй вход преобразователя 6 подается импульс τ с выхода первого элемента 9 задержки. С выхода преобразователя 6 частота, пропорциональная коду Δ N₁, поступает на второй вход элемента И 8 (см. фиг.2, график 26), и на второй вход блока 3 цифрового измерения угла. Блок 3 по принципу действия представляет собой реверсивный счетчик, на входы которого подается частота с выхода преобразователя 6. Режим отсчета (сложение, вычитание) блоку 3 задается рычагом 2 управления двигателем. Реверсивный счетчик блока 3 отрабатывает за время τ число импульсов Δ N₁ N₁ N_o. На выходе элемента И 8 (фиг.2, график 2) формируется сигнал в виде пачки импульсов длительностью τ и количеством импульсов в пачке Δ N₁= N₁ N_o, пропорциональной отрабатываемому углу Δα=α₁-α_o. Сигнал с выхода элемента И 8 подается на вход исполнительного механизма 1, который переводит РУД на заданный угол и в заданном направлении. При приходе второго импульса τ счетчиком 13 задается адрес второй ячейки памяти запоминающего устройства, с записанным в ней кодом N₂ нового углового положения РУД α₂. Блок 4 сравнения формирует код Δ N₂ N₂ N₁, пропорциональный разности между заданным значением угла и фактическим положением РУД Δ α₂= α₂-α₁. Этот код преобразуется блоком 6 в пропорциональную частоту. Далее процесс повторяется. Исполнительный механизм 1 отрабатывает в течение времени τ заданное число импульсов и поворачивает РУД на угол Δ α₂=α₂-α₁.

Таким образом, заданное время выхода на определенный режим определяется точностью формирования временных интервалов τ и Т задатчиком 7 времени. Требуемая скорость перемещения РУД обеспечивается подачей на вход исполнительного механизма 1 с выхода элемента И 8 последовательности импульсов (фиг.2, график 27) с определенной частотой следования.

Выбор коэффициента преобразования кода в частоту в преобразователе 6 рассмотрим на примере. Для типичных режимов испытаний число положений α РУД при отработке приемистостей составляет 3-6. В практической реализации устройства угловое положение РУД задается в диапазоне 0-100^ос дискретностью 1^о. Пусть шаг отработки угла в исполнительном механизме Δ α= 0,1^о на один импульс, предельное перемещение РУД Δ α_max 100^о, время перемещения τ 2 с, предельная рабочая частота шагового двигателя исполнительного механизма f_max 500 Гц, дискретность цифрового измерения угла блоком 3 составляет 0,1^о, тогда максимальный код на выходах блока 3, сумматора 19 и регистра 10 составляет Δ N_max 1000 ед.

Коэффициент преобразования кода в частоту преобразователя 6
K_пр 0,5 Гц/ед
Таким образом, при Δ N₁ 100 ед.

К_пр 0,5 Гц/ед.

Частота на выходе блока 6 (фиг.2, график 26) составит f₁ К _пр^.N₁ 0,5 Гц/ед. х 1000 500 Гц. Число импульсов за время τ (фиг.2, график 27) с выхода элемента И 8 составит N₁ f ^. t 500 Гц х 2 с 1000 ед. При шаге отработки Δ α= 0,01^о/имп перемещение РУД составит α₁= Δα x N₁ 0,1^о/имп. х 1000 имп. 100^о.

Изобретение относится к автоматизации стендовых испытаний газотурбинных двигателей (ГТД) и позволяет повысить точность отработки режимов работы двигателей при проверке приемистости за счет автоматического изменения режимов скорости отработки заданного угла перемещения рычага управления двигателем (РУД). Задатчик 5 режимов в режиме "Работа" выдает код заданного угла РУД на один вход блока 4 сравнения. Занесение программы работы кодов отрабатываемых углов в запоминающее устройство, 15 задатчика 5 режимов производится с помощью программного переключателя 13 в режиме "Ввод" при последовательном нажатии кнопки 11 "Запись". На второй вход блока 4 сравнения подается код фактического угла РУД с блока 3 цифрового измерения угла. Блок 4 сравнения выдает код угла, равный разности кода фактического угла РУД и задаваемого кода. Частота с выхода преобразователя 6 кода в частоту, пропорциональную разности кодов, подается на второй вход элемента И 8, на первый вход которого поступают импульсы с задатчика 7 времени с длительностью τ равной времени перемещения РУД из одного положения в другое, и с периодом следования, равным времени работы ГТД на заданном режиме. Пачка импульсов длительностью t с выхода элемента И 8 подается на шаговый двигатель исполнительного механизма 1, который отрабатывает заданное число шагов, равное числу импульсов в пачке. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. УСТРОЙСТВО ПРОГРАММНОГО УПРАВЛЕНИЯ ГАЗОТУРБИННЫМ ДВИГАТЕЛЕМ, содержащее последовательно соединенные исполнительный механизм, рычаг управления двигателем, блок цифрового измерения угла и блок сравнения, к второму входу которого подключен задатчик режимов, отличающееся тем, что, с целью повышения точности отработки режимов приемистости путем автоматического изменения скорости отработки заданного угла перемещения рычага управления двигателем, оно дополнительно содержит преобразователь кода в частоту, задатчик времени, логический элемент И и элемент задержки, выход блока сравнения подключен к первому входу преобразователя кода в частоту, выход которого подключен к второму входу блока цифрового измерения угла, а второй вход к третьему входу блока сравнения и выходу элемента задержки, вход которого подключен к входу задатчика режимов, выходу задатчика времени и входу логического элемента И, второй вход которого подключен к выходу преобразователя кода в частоту, а выход к первому входу исполнительного механизма, второй вход которого подключен к второму выходу блока сравнения, второй выход задатчика режимов подключен к управляющему входу задатчика времени. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что задатчик режимов содержит переключатель рода работы, кнопку "Запись", логический элемент 2И ИЛИ, программный переключатель, двоичный счетчик, запоминающее устройство, логический элемент ИЛИ, формирователь импульсов и второй элемент задержки, переключатель рода работы подключен к первому и второму входам логического элемента 2И ИЛИ, третий вход которого подключен к кнопке "Запись" и входу второго элемента задержки, четвертый к выходу задатчика времени, а выход к первому входу двоичного счетчика, второй вход которого подключен к выходу формирователя импульсов, вход которого подключен к выходу логического элемента ИЛИ, входы которого подключены к переключателю рода работы, выход двоичного счетчика подключен к первому информационному входу запоминающего устройства, второй информационный вход которого подключен к выходу программного переключателя, информационный выход к второму входу блока сравнения, первый управляющий вход к переключателю рода работы, второй управляющий вход к выходу второго элемента задержки. 3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что блок сравнения содержит последовательно соединенные двоичные сумматор и регистр, выход которого подключен к первому входу преобразователя кода в частоту, а второй его вход - к выходу элемента задержки, второй выход двоичного сумматора подключен к второму входу исполнительного механизма, его первый и второй входы подключены соответственно к выходам блока цифрового измерения угла и задатчика режимов.