Устройство управления стендом для испытаний топливорегулирующей аппаратуры газотурбинных двигателей Советский патент 1991 года по МПК G01M15/00 

1

(21)4763507/06

(22)04.12.89

(46) 30.10.91. Бюл. № 40

(71)Пермское отделение Всесоюзного научно-исследовательского и проектно-конструк- торского института по комплексной элект.- рификации промышленных объектов «Тяж- промэлектропроект им. Ф. Б. Якубовского

(72)Г. А. Сторожев Г53-) 621.438-55(088.8)

(56) Сторожев Г. А., Винокур В. М. Высокоскоростной электропривод безмоторного испытательного стенда по схеме вентильного двигателя.-Авиационная промышленность, 1987, № 8, с. 70-72.

(54) УСТРОЙСТВО УПРАВЛЕНИЯ СТЕНДОМ ДЛЯ ИСПЫТАНИЙ ТОПЛИВОРЕ- ГУЛИРУЮЩЕЙ АППАРАТУРЫ ГАЗОТУРБИННЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ (57) Изобретение позволяет повысить надежность испытаний топливорегулирующей аппаратуры ГТД. Испытуемый агрегат 1 приводится в действие синхронной электрической машиной 2, связанной с системой 15 регулирования тока возбуждения и через инвертор 8 и сглаживающий дроссель 9 с в-ыпрямителем 10. ЭВМ 4, на которой реали-, зована модель ГТД, по сигналу от датчика 3 расхода топлива формирует сигнал в блок 5 управления электрической машиной 2, который содержит регуляторы 11 и 12 частоты вращения и выпрямленного тока, систему 13 управления выпрямителя, датчик 14-выпрям- ленного тока, блок 16 управления инвертором и систему 17 управления инвертора. Нелинейный элемент 18 и реальное дифференцирующее звено 19 обеспечивают защит от помех. Такое выполнение устройства позволяет повысить няпежностьего работы. 4 ил.

ю

П

о оо

00

t™

СО

Фиг.1

Изобретение относится к моделированию газотурбинных двигателей (ГТД) и испытаниям топливорегулирующей аппаратуры (ТРА) и может быть использовано в полунатурных стендах для испытаний ТРА, к которым предъявляются требования стабильности работы в статических режимах, например стабильности поддержания заданного значения частоты вращения.

Цель изобретения - повышение надежности работы устройства.

На фиг. 1 представлена структурная схема устройства управления стендом; на фиг. 2 - временная характеристика нелинейного элемента типа «прямоугольный гистерезис ; на фиг. 3 - временная диаграмма сигналов элементов устройства с дифференцирующим звеном; на фиг. 4 - временная диаграмма сигналов элементов устройства без дифференцирующего звена.

Устройство управления стендом (фиг. 1) для испытаний топливорегулирующей аппаратуры газотурбинных двигателей, имеющим связанную с испытуемым агрегатом 1 синхронную электрическую машину 2, содержит датчик 3 расхода топлива, электронную вычислительную машину 4 для реализации модели газотурбинного двигателя, блок 5 управления синхронной электрической машиной, включающий датчик 6 положения ротора и тахогенератор 7 синхронной электрической машины 2, секции обмотки якоря которой подключены через инвертор 8 и сглаживающий дроссель 9 к выходу выпрямителя 10, последовательно соединенные регулятор 1 1 частоты вращения, регулятор 12 выпрямленного тока и систему 13 импульсно- фазового управления выпрямителя, выход которой подключен к входу выпрямителя 10, датчик 14 выпрямленного тока, выход которого подключен к второму входу регулятора 12 выпрямленного тока, систему 15 регулирования тока возбуждения, выход которой подключен к обмотке возбуждения синхронной электрической машины 2, а вход - к выходу датчика 14 выпрямленного тока, последовательно соединенные блок 16 управления инвертором и систему 17 импульсно- фазового управления инвертора, выход которой подключен к управляющему входу инвертора 8. Первый вход блока 16 управления инвертором подключен к выходу датчика 6 положения ротора. Первый вход регулятора 11 частоты вращения подключен к выходу тахогенератора 7, а его второй вход - к выходу электронной вычислительной машины 4, вход которой подключен к выходу датчика 3 расхода топлива.

Кроме того, стенд с одержит нелинейный элемент 18 с характеристикой типа упрямо- угольный гистерезис и реальное дифференцирующее звено/ 19, вход которого подключен к выходу электронной вычислительной машины 4, а выход - к первому входу нелинейного элемента 18, второй вход которого подключен к выходу регулятора 11 частоты

0

вращения, а выход - к второму входу блока 16 управления инвертором.

Нелинейный элемент 18 с характеристикой типа «прямоугольный гистерезис может

быть выполнен в виде операционного усилителя, охваченного положительной обратной связью, а реальное дифференцирующее звено 19 - в виде трех операционных усилителей 20, 21 и 22, конденсатора 23 и резисторов 24-29 (фиг. 1).

Устройство работает следующим образом.

Изменение положения ручки сектора газа ведет к изменению текущего расхода

топлива испытуемого агрегата 1. Если ручка сектора газа аруд переводится в положение, соответствующее увеличению расхода топлива ДС/, то приращение ДО/ по каналу датчика 3 расхода топлива дает сигнал задания U6 для вычислительной машины 4, которая воспроизводит математическую модель ГТД. Выходной сигнал модели Ј/„., являющийся ан-алогом частоты вращения вала турбины и поступающий на вход регулятора 11 частоты вращения, увеличивает5 ся и вызывает увеличение выходного сигнала регулятора 11 с положительным знаком, так как Un. больше по своей величине, чем сигнал фактического значения частоты вращения от тахогенератора 7. Выходной сигнал регулятора 11 частоты вращения поступает

0 на вход регулятора 12 выпрямленного тока определяя заданное значение выпрямленного тока, а также на вход нелинейного элемента 18 с характеристикой типа «прямоугольный гистерезис (фиг. 2). На другой вход элемента 18 поступает выходной сигнал

5 реального дифференцирующего звена 19, который мгновенно (скачком) изменяется с положительной полярностью при увеличении выходного сигнала электронной вычислительной машины 4 и с отрицательной

Q полярностью при уменьшении сигнала машины 4 (фиг. 3), а при неизменяющемся выходном сигнале машины 4 выходной сигнал реального дифференцирующего звена 19 равен нулю.

Так как сумма сигналов с выхода электЬ ронной вычислительной машины 4 и регулятора 11 частоты вращения намного больше, чем половина ширины а зоны гистерезиса нелинейного элемента 18 (фиг. 2). последний устанавливается в положение, при котором у него на выходе мгновенно появ0 ляется единичный сигнал , по которому блок 16 управления инвертором обеспечивает последовательность включения тиристоров инвертора 8, соответствующую двигательному режиму. Двигатель разгоняется. При достижении заданного вычислительной

5 машиной 4 значения частоты вращения выходной сигнал реального дифференцирующего звена 18 становится равным нулю, а выходной сигнал регулятора 11 частоты вращения уменьшается, оставаясь несколько

большим ширины 2а зоны гистерезиса нелинейного элемента 18.

При неизменном выходном сигнале вычислительной машины 4 выход регулятора 11 астоты вращения не остается постоянным вследствие всегда имеющих место сигналов помех, которые, попадая на вход регулято ра 11, имеющего для обеспечения требуемой динамической точности большой коэффииент усиления, и усиливаясь им, в отдельые моменты времени случайным образом меньшают и даже делают отрицательным ыходной сигнал регулятора 11. Несмотря на то, выходной сигнал нелинейного элемента 18 с характеристикой типа «прямоугольный гистерезис (фиг. 2) не изменяет своего знака и амплитуды, если флуктуации выходного сигнала регулятора 11 остаются в пределах ширины 2а зоны гистерезиса элемента 18, которая подбирается, исходя из максимальной амплитуды наиболее часто повторяющихся сигналов помех опытным путем. Поскольку выходной сигнал нелинейного элемента 18 не меняется, то вентильный двигатель продолжает работать в двигательном режиме, не изменяя установленного значения частоты вращения. При отсутствии нелинейного элемента 18 и замене его релейным элементом типа «идеальное реле, как в известном устройстве, обусловленное сигналом помехи уменьшение выходного сигнала регулятора 11 до нуля вызвало бы переброс релейного элемента в состояние, соответствующее тормозному режиму, что, в свою очередь, вызвало бы резкое уменьшение частоты вращения на время существования помехи. При положении ручки сектора газа, соответствующем уменьшению расхода топлива AG, это уменьшение AGjT вызывает уменьшение выходного сигнала U$ датчика 3 расхода топлива и уменьшение выходного сигнала И. модели ГТД, реализуемой вычислительной машиной 4. Так как этот сигнал является задающим для регулятора 11 частоты вращения, последний изменяет знак своего выходного сигнала на отрицательный, поскольку Unf становится меньше, чем сигнал фактического значения частоты вращения от тахогенератора 7. Одновременно на выходе реального дифференцирующего звена 19 (фиг. 4) появляется скачком отрицательный сигнал . Под воздействием суммы отрицательных сигналов U и нелинейный элемент 18 мгновенно перебрасывается в состояние, при котором у него на выходе появляется отрицательный сигнал -М, так как сумма сигналов U и U(g больше, чем ширина 2а зоны гистерезиса эле- мента 18. По сигналу -М блок, 16 управления инвертором вырабатывает команду на поступление импульсов от датчика 6 положения ротора на вход системы 17 импульсно- фазового управления в порядке, соответствующем тормозному режиму, в результате чего синхронная машина 2 тормозится. В

0

связи с этим для того, чтобы исключить влияние зоны гистерезиса нелинейного элемента 18 на динамические характеристики, необходимо введение реального дифференцирующего звена 19. В случае его отсутствия (фиг. 4) для прохождения выходным сигналом пропорционально интегрального регулятора 11 частоты вращения зоны гистерезиса 2а требуется время А/, на которое сигО нал L/7 реальной частоты вращения отстает при торможении от выходного сигнала U (ипл) электронной вычислительной машины 4. что ухудшает динамическую точность преобразования выходного сигнала вычислительной машины 4 в реальную частоту вращения.

Реальное же дифференцирующее звено 9 за счет сложения своего выходного сигнала, величина и темп спадания которого могут быть установлены с помощью выбора соответствующих значений резисторов 24, 25, 26, 28, 29 и конденсатора 23 с выходным сигналом регулятора И частоты вращения (фиг. 3), позволяет мгновенно проходить зону гистерезиса 2а элемента 18 и исключать отставание на А/.

5 Таким образом, в устройстве устраняется влияние флуктуации выходного сигнала регулятора частоты вращения, обусловленных сигналами помех, на статические режимы работы стенда, тем самым повышая и х стабильность при сохранении высокого

0 быстродействия устройства, необходимого для обеспечения требуемой динамической точности, что повышает надежность работы стенда.

Формула изобретения

5 Устройство управления стендом для испытаний топливорегулирующей аппаратуры газотурбинных двигателей, имеющим связанную с испытуемым агрегатом синхронную электрическую машину, содержащее датчик расхода топлива, электронную вычислитель- ную машину для реализации модели газотурбинного двигателя, блок управления синхронной электрической машиной, включающий датчик положения ротора и тахогене- ратор синхронной электрической машины,

5 секции обмотки якоря которой подключены через инвертор и сглаживающий дроссель к выходу выпрямителя, последовательно соединенные регулятор частоты вращения, регулятор выпрямленного тока и систему импульсно-фазового управления выпрями0 теля, выход которой подключен к входу выпрямителя, датчик выпрямленного тока, выход которого подключен к второму входу регулятора выпрямленного тока, систему регулирования тока -возбуждения, выход которой подключен к обмотке возбуждения син5 хронной электрической машины, а вход - к выходу датчика выпрямленного тока, последовательно соединенные блок управления инвертором и систему импульсно-фазового

управления инвертора, выход которой подключен к управляющему входу инвертора, первый вход блока управления инвертором подключен к выходу датчика положени ротора, первый вход регулятора частоты вращения - к выходу тахогенератора, а его второй вход - к выходу электронной вычислительной машины, вход которой подключен, к выходу датчика расхода топлива, отличающееся тем, что, с целью повышения наи

fS

Un

frД&и2ате/ ьныйМ режим

о

-

и„

и18--Млрии„ -а и1В -Млрии -а и« °

Тормозной режим

-U,

1В

ШЗ

дежности, оно дополнительно содержит нелинейный элемент с характеристикой типа «прямоугольный гистерезио и реальное дифференцирующее звено, вход которого подключен к выходу электронной вычислительной машины, а выход - к первому входу нелинейного элемента, второй вход которого подключен к выходу регулятора частоты вращения, а выход - к второму входу блока управления инвертором.

i

и18--Млрии„ -а и1В -Млрии -а и« °

Фиг. 2

fe4