Устройство для управления газотурбинной установкой Советский патент 1993 года по МПК F02C9/00 

Изобретение относится к области теплоэнергетики и может быть использовано для регулирования различных параметров газотурбинной установки - температуры продуктов сгорания, частоты вращения силового вала турбины, давления воздуха за осевым компрессором.

Цель изобретения - повышение надежности путем предотвращения перерегулирования основной регулируемой величиной заданного значения при наличии возмущений, воздействующих на исполнительный механизм.

На фиг. 1 приведена структурная схема заявленного устройства; на фиг. 2 - пример реализации интегратора совместно с ограничителями1, на фиг. 3 - графики переходных процессов в заявленном устройстве и прототипе, полученные при моделировании данных устройств на ЭВМ.

Устройство для регулирования газотурбинной установкой содержит параллельно соединенные между собой усилитель 1, интегратор 2 и дифференциатор 3, входы которых соединены с первым блоком сравнения 4, который формирует сигнал рассогласования между заданным от задатчика Зд и из- меренным от датчика Д значениями основной регулируемой величины.

При этом выходы усилителя 1, интегратора 2 и дифференциатора 3 подключены ко входу сумматора 5, выход которого соединен с первым входом второго блока сравнения 6, на второй вход которого подключен выход исполнительного механизма 7,а выход блока сравнения 6 соединен со входом исполнительного механизма 7, имеющего ограничения по скорости перемещения регулирующего органа и его положению.

Выход исполнительного механизма 7, представляющий собой сигнал, характери(Л

С

00

00 Х| 00

зующий положение регулирующего органа, подключен на вход объекта регулирования 8, выход которого представляет собой сигнал основной регулируемой величины, а также на вход низкочастотного фильтра 9, выход которого подключен на вход ограничителя верхнего уровня 10 интегратора 2, который ограничивает наибольшее значение выходного сигнала интегратора на уровне своего входного сигнала, и на вход ограничителя нижнего уровня 11 интегратора 2, который ограничивает наименьшее значение выходного сигнала интегратора на уровне своего входного сигнала. Выход ограничителей 10 и 11 соединен со входом интегратора 2 через переключатель К, связанный с блоком определения знака 12 сигнала на входе интегратора 2. При положительном сигнале на входе интегратора 2 переключатель К коммутирует выход ограничителя 10 с интегратором 2, а при отрицательном выход ограничителя 11 со входом интегратора 2. В соответствии с алгоритмом функционирования ограничитель с нескоммутированным выходом не участвует в ограничении интегратора.

Устройство может быть реализовано на стандартной аппаратуре или в виде программы на средствах вычислительной техники.

Предлагаемое устройство функционирует следующим образом. Рассмотрим случай, когда на выходе устройства сравнения 4 формируется ненулевой положительный сигнал, то есть основная регулируемая величина, поступающая с датчика Д меньше заданного значения, формируемого задатчиком Зд.ч В этом случае под воздействием сигнала, формируемого блоком формирования знака 12, переключатель К подключает к интегратору ограничитель 10. Предположим также, что под действием внешнего возмущения исполнительный механизм 7 не компенсирует сигнал, формиру- емый блоком сравнения б, или компенсирует его медленнее, чем это определяется динамическими свойствами исполнительного механизма 7 при отсутствии внешнего возмущения, В этом случае до тех пор пока выходной сигнал интегратора 2 меньшее выходного сигнала низкочастотного фильтра 9 ограничитель 10 не оказывает влияния на функционирование интегратора 2, однако как только величина выходного сигнала интегратора 2 достигает величины выходного сигнала низкочастотного фильтра 9 ограничитель 10 начнет воздействовать на интегратор 2 таким образом, чтобы не допустить превышение выходным сигналом интегратора 2 выходного сигнала низкочастотного фильтра 9, а значит выходного сигнала исполнительного механизма 7. (При этом постоянная времени фильтра 9 определяется настройкой постоянной времени интегратора 2). В результате как при отсутствии, так и при наличии возмущений в исполнительном механизме предлагаемое устройство предотвращает перерегулирование основной регулируемой величиной

0 заданного значения, что обеспечивает безаварийный режим работы агрегата. При отрицательном сигнале на выходе блока сравнения 4 переключатель К переключается, и выходной сигнал интегратора 2 будет

5 ограничиваться ограничителем нижнего уровня 11. Низкочастотный фильтр 9 служит для фильтрации высокочастотных помех, возникающих в реальных исполнительных механизмах, которые могут исказить работу

0 предлагаемого устройства при отсутствии низкочастотного фильтра. .Вышеуказанное можно пояснить следующим примером. Предположим на выходе блока сравнения 4 имеется положительный сигнал. В этом слу5 чае к интегратору 2 подключен ограничитель 10. При отсутствии фильтра 9 высокочастотное возмущение с выхода исполнительного механизма 7 приведет к мгновенному изменению выходной величи0 ны интегратора 2 до минимального значения, имевшего место при случайной помехе, а восстановление выходного значения ин; тегратора 2 будет происходить со скоростью, определяемой его постоянной

5 времени. Это вызовет резкое уменьшение выходного сигнала исполнительного механизма 7.

Изображенный на фиг.2 совместно с ограничителями 10 и 11 интегратор 2 также

0 работает в соответствии с алгоритмом, изложенным выше. То есть при достижении выходным сигналом интегратора 2 выходного сигнала фильтра 9 усилитель У начинает действовать таким образом, что выходной

5 сигнал интегратора 2 отслеживает выходной сигнал фильтра 9. Если же выходной сигнал интегратора 2 не достиг величины выходного сигнала фильтра 9, то диоды Д1, Д2 препятствуют тому, чтобы усилитель У

0 влиял на работу интегратора 2. Таким образом, усилитель У совместно с диодом Д1 реализуют ограничитель 10 фиг. 1, а усилитель У совместно с диодом Д2 реализуют ограничитель 11 фиг. 1.

5 Сопоставительный анализ переходных процессов, полученных при моделировании компенсации управляющего воздействия по частоте вращения ГГУ при увеличении постоянной времени исполнительного ме- ханизма сверх запроектированной в 3 раза,

показывает, что переходный процесс в устройстве - прототипе (кривая 1) приводит к 150% -перерегулированию и увеличению времени переходного процесса. Указанные недостатки отсутствуют в предлагаемом устройстве (кривая 2), в котором осуществляют фильтрацию сигнала вспомогательной переменной и ограничение отфильтрованным сигналом интегральной составляющей регулирующего воздействия по верхнему и нижнему уровням в зависимости от знака интегрируемого сигнала.

Таким образом, по сравнению с прототипом заявленное решение предотвращает перерегулирование основной регулируемой величиной заданного значения при наличии возмущений, воздействующих на регулирующий орган и, тем самым, позволяет повысить надежность работы газотурбинной установки.

Формула изобретения Устройство для управления газотурбинной установкой, содержащее параллельно соединенные между собой усилитель, интегратор и дифференциатор, входы которых соединены с первым блоком сравнения, подключенным к задатчику и датчику основной регулируемой величины, а выходы подключены к входу сумматора, выход которого соединен с первым входом второго блока сравнения, второй вход которого связан с выходом исполнительного механизма, а выход - с входом исполнительного механизма, соединенного с объектом управления, связанным с датчиком регулируемой величины, отличающееся тем, что, с целью повышения надежности путем предотвращения перерегулирования основной регу- лируемой величиной заданного значения

при. наличии возмущений, воздействующих на исполнительный механизм, оно дополнительно содержит ограничители нижнего и верхнего уровней , блок определения знака, переключатель и низкочастотный фильтр,

соединенный с выходом исполнительного механизма и входами ограничителей верхнего и нижнего уровней, связанных попере- менно с интегратором через переключатель, подключенный к блоку определения знака, соединенному с выходом первого блока сравнения.

Использование: область теплоэнергетики. Сущность изобретения: усилитель 1, дифференциатор 3 и интегратор 2 соединены параллельно. Первый блок сравнения 4 подключен к задатчику и датчику регулируемой величины. Выход исполнительного механизма 7 подключен к низкочастотному фильтру 9, соединенному со входами ограничителей нижнего и верхнего уровней 10 и 11, Блок определения знака 12 управляет положением переключателя, соединяющего выходы ограничителей с интегратором 2. 1 ил,

.2

HO

GO

SO

t,t

Фи. 5