Способ регулирования частоты вращения винтов турбовинтового двигателя

 

Использование: авиационные газотурбинные, в частности турбовинтовые двигатели. Сущность изобретения: измеряют частоту вращения переднего и заднего винтов турбовинтового двигателя, сравнивают измеренные значения с заданными, формируют управляющий сигнал на изменение шага переднего винта в соответствии с ошибкой регулирования частоты вращения среднего винта и управляющий сигнал на изменение шага заднего винта в соответствии с ошибкой регулирования частоты вращения заднего винта. Для повышения точности регулирования частоты вращения переднего и заднего винтов на установившихся режимах введена адаптивная связь между каналами регулирования частоты вращения винтов. 1 ил.

Изобретение относится к области автоматического регулирования авиационных газотурбинных двигателей (ГТД), а именно к регулированию частоты вращения винтов турбовинтовых двигателей (ТВД).

Известен способ незамкнутого регулирования частоты вращения ротора ГТД и устройство для его реализации [1, с. 289] Недостатком указанных способа и устройства является недостаточная точность регулирования.

Наиболее близким техническим решением, выбранным за прототип, является способ регулирования частоты вращения винтов турбовинтового двигателя (ТВД) путем измерения частот вращения переднего и заднего винтов, сравнения измеренных значений с заданными, формированиями управляющего сигнала на изменение шага переднего винта в соответствии с ошибкой регулирования частоты вращения переднего винта ε_вп и управляющего сигнала на изменение шага заднего винта в соответствии с ошибкой регулирования частоты вращения заднего винта ε_вз [2, с. 169] Операции этого способа осуществляются устройством [2, с. 169] содержащим двигатель как объект управления, первый выход которого соединен с инвертирующим входом блока сравнения частоты вращения винта переднего n_вп с заданным значением n^pf_вп^l, выход которого соединен со входом регулятора винта переднего, выхода которого соединен с первым входом двигателя как объекта управления, второй выход которого соединен с инвертирующим входом блока сравнения частоты вращения винта заднего n_вз с заданным значением n^pf_вз^l, выход которого соединен со входом регулятора винта заднего, выход которого соединен со вторым входом двигателя как объекта управления.

Недостатком указанного способа является то, что он не учитывает взаимного влияния (взаимосвязи) ошибок регулирования частот вращения переднего винта ε_вп и заднего винта ε_вз через дифференциальный редуктор, следовательно, не обеспечивает высокую точность регулирования.

Недостатком указанного устройства является то, что оно не позволяет получить высокую точность регулирования, так как не содержит адаптивных перекрестных связей между каналами регулирования частот вращения винтов переднего и заднего.

Цель изобретения повышение точности регулирования частот вращения винта переднего и винта заднего ТВД на установившихся режимах за счет введения адаптивной перекрестной связи между каналами регулирования частот вращения винта переднего и винта заднего.

Поставленная задача решается способом регулирования частоты вращения винтов турбовинтового двигателя (ТВД) путем измерения частот вращения переднего и заднего винтов, сравнения измеренных значений с задними, формирования управляющего сигнала на изменение шага переднего в соответствии с ошибкой регулирования частоты вращения переднего винта ε_вп и управляющего сигнала на изменение шага заднего винта в соответствии с ошибкой регулирования частоты вращения заднего винта ε_вз, в отличие от прототипа формируют одномерный массив постоянных значений охватывающий весь диапазон возможных изменений величины ε_вп, одномерный массив постоянных значений охватывающий весь диапазон возможных изменений величины ε_вз, одномерный массив значений поправок и трехмерный массив вероятности достижения цели управления P=P_jkr} размеренностью m x m x m так, что , затем на каждом последующем i-ом шаге управления по величине ошибки регулирования частоты вращения переднего винта ε_вп(t_i) выбирают значение j из условия по величине ошибки регулирования частоты вращения заднего винта ε_вз(t_i) выбирают значение k из условия формируют сигнал, соответствующий величине по условию , и добавляют его к ошибке регулирования частоты вращения заднего винта, на (i+1)-ом шаге управления сравнивают полученную ошибку регулирования частоты вращения заднего винта ε_вз(t_i=1) с заданным значением точности регулирования частоты вращения заднего винта а полученную ошибку регулирования частоты вращения переднего винта ε_вп(t_i+1) с заданным значением точности регулирования частоты вращения переднего винта δ_вп (δ_вп< |ε_вп|^max ), изменяют величину вероятности P_jkr по формуле P_jkr(t_i+1) = λP_jkr(t_i)+(1-λ)A(t_i+1) A(t_i+1)= 1 при одновременном выполнении условий и , и A(t_i+1)=0 во всех остальных случаях, а λ заранее заданная постоянная величина (0<λ<1), причем перечисленные операции повторяют на каждом шаге управления.

Поставленная задача решается также с помощью устройства, включающего двигатель как объект управления, первый выход которого соединен с инвертирующим входом блока сравнения частоты вращения винта переднего n_вп с заданным значением n^за_вп^д, выход которого соединен со входом регулятора винта переднего, выход которого соединен с первым входом двигателя как объекта управления, второй выход которого соединен с инвертирующим входом блока сравнения частоты вращения винта заднего n_вз с заданным значением n^pf_вз^l, и регулятор винта заднего, выход которого соединен со вторым входом двигателя как объекта управления, в отличие от прототипа выход блока сравнения частоты вращения винта переднего n_вп с заданным значением n^pfl_{вп u} соединен также с первым входом блока стабилизации, а выход блока сравнения частоты вращения винта заднего n_вз с заданным значением n^pf_вз^l соединен также со вторым входом блока стабилизации и с первым входом сумматора, второй вход которого соединен с выходом блока стабилизации, а выход со входом регулятора винта заднего.

На чертеже представлена блок-схема устройства, реализующего заявляемый способ.

Устройство содержит двигатель 1, первый выход которого соединен с инвертирующим входом блока сравнения частоты вращения винта переднего n_вп с заданным значением n^pf_вп^l 2, выход которого соединен со входом регулятора винта переднего 3, выход которого соединен с первым входом двигателя 1, второй выход которого соединен с инвертирующим входом блока сравнения частоты вращения винта заднего n_вз с заданным значением n^pf_вз^l 4, выход которого соединен также со вторым входом блока стабилизации 5 и с первым входом сумматора 6, второй вход которого соединен с выходом блока стабилизации 5, а выход со входом регулятора винта заднего 7, выход которого соединен со вторым входом двигателя 1, выход блока сравнения частоты вращения винта переднего n_вп с заданным значением n^pf_вп^l 2 соединен также с первым входом блока стабилизации 5.

Способ реализуют следующим образом.

Сигнал, соответствующий частоте вращения винта переднего ТВД, с двигателя 1 поступает на блок сравнения частоты вращения винта переднего n_вп с заданным значением n^pf_вп^l 2, где формируется сигнал, соответствующий ошибке регулирования частоты вращения переднего винта ε_вп, который поступает на регулятор винта переднего 3, где формируется управляющий сигнал на изменение шага винта переднего ϕ_вп для двигателя 1. Аналогично реализуется канал управления частотой вращения винта заднего n_вз. Сигналы, соответствующие ошибкам регулирования частот вращения переднего винта ε_вп и заднего винта ε_вз, поступают на блок стабилизации 5, в котором заранее формируют одномерный массив постоянных значений , разбивающий весь диапазон возможных изменений величины ε_вп на m равных отрезков, одномерный массив постоянных значений , разбивающий весь диапазон возможных изменений величины ε_вз на m равных отрезков, одномерный массив значений поправок Δε = {Δε_r} (r= 1,m) и трехмерный массив вероятностей достижения цели управления PP_jkr} размерностью m x m x m так, что . При этом все отрезки разбиения интервала возможных значений ε_вп равны: Тогда текущее значение ошибки ε_вп(t_i) описывается значением , т. е. можно принять его равным с точностью до . Аналогично используется разбиение для ε_вз. Значение P_jkr представляет собой вероятность перехода при условии добавления к величине ошибки регулирования частоты вращения заднего винта ε_вз поправки Δε_r, из состояния с координатами на i-ом шаге регулирования (где k и j выбирают по условиям в такое состояние на i=1-ом шаге регулирования, в котором одновременно выполняют условия δ_вз заданное значение точности регулирования частоты вращения заднего винта максимальное значение абсолютной величины ошибки регулирования частоты вращения заднего винта без введения перекрестной связи. По поступившим в блок стабилизации величинам на его выходе формируется сигнал, соответствующий величине поправки Δε_r, которая выбирается из массива поправок по условию при фиксированных значениях j и k. Сигнал с выхода блока стабилизации подается на первый вход сумматора 6, на другой вход которого подается сигнал, соответствующий величине ошибки регулирования частоты вращения заднего винта на текущем (i-ом) шаге управления ε_вз(t_i). На сумматоре 6 поступившие в него величины складываются и на выходе сумматора 6 формируется сигнал, соответствующий сумме величин ε_вз(t_i) и Δε_r, который подается на вход регулятора винта заднего, где формируется управляющий сигнал на изменение шага винта заднего ϕ_вз. Регуляторы 3 и 7 работают по детерминированному алгоритму и формируют управляющие воздействия ϕ_вп и ϕ_вз в зависимости от значений на входе ε_вп и ε_вз+Δε_r соответственно. Так реализуется шаг управления. После этого на выходах блоков сравнения 2 и 4 формируются сигналы, соответствующие величинам ошибок регулирования частот вращения заднего и переднего винтов на следующем (i+1)-ом шаге управления ε_вз(t_i+1) и ε_вп(t_i+1), которые подаются в блок стабилизации 5, где сравниваются соответственно с величинами и δ_вп максимальные значения величин ε_вз и ε_вз без введения перекрестной связи между каналами управления частотой вращения винта переднего и частотой вращения винта заднего в виде блока стабилизации. При одновременном выполнении условий и (то есть при достижении цели управления на (i+1)-ом шаге управления) величина A(t_i+1) в формуле P_jkr(t_i+1) =λP_jkr(t_i)+(1-λ)A(t_i+1), характеризующей изменение величины вероятности P_jkr, соответствующей выбранной на i-ом шаге поправке Δε_r, принимается равной единице, а в противном случае нулю. Таким образом, в трехмерном массиве вероятностей P изменяется величина одного элемента в сторону увеличения при достижении цели управления на i-ом шаге или в сторону уменьшения при недостижении цели управления на i-ом шаге. Затем повторяют процесс управления, выполняя на каждом его шаге описанную последовательность действий.

Использование предлагаемого способа регулирования частоты вращения винтов турбовинтового двигателя обеспечивает по сравнению с прототипом следующие преимущества:
а) обеспечивается более высокая точность регулирования частот вращения винтов ТВД на установившихся режимах:
б) режим работы двигателя приближается к оптимальному, вследствие чего увеличивается его долговечность.

Формула изобретения

Способ регулирования частоты вращения винтов турбовинтового двигателя путем измерения частот вращения переднего и заднего винтов, сравнения измеренных значений с заданными, формирования управляющего сигнала на изменение шага переднего винта в соответствии с ошибкой регулирования частоты вращения переднего винта ε_в.п и управляющего сигнала на изменение шага заднего винта в соответствии с ошибкой регулирования частоты вращения заднего винта ε_в.з отличающийся тем, что формируют одномерный массив постоянных значений охватывающий весь диапазон возможных изменений величины ε_в.п одномерный массив постоянных значений охватывающий весь диапазон возможных изменений величины ε_в.з одномерный массив значений поправок и трехмерный массив вероятностей P P_jkr} перехода двигателя из состояний {ε_в.пj·ε_в.зk} в состояние где δ_в.з и δ_в.п заданные значения точности регулирования частот вращения заднего и переднего винтов соответственно, i порядковый номер шага управления, размерностью m · m · m так, что затем на каждом последующем i-м шаге управления по величине ошибки регулирования частоты вращения переднего винта ε_в.п(t_i) выбирают значение j из условия по величине ошибки регулирования частоты вращения заднего винта ε_в.з(t_i) выбирают значение k из условия формируют сигнал, соответствующий величине по условию r = arg^m_r^axP_jkr, и добавляют его к ошибке регулирования частоты вращения заднего винта, на (i + 1)-м шаге управления сравнивают полученную ошибку регулирования частоты вращения заднего винта ε_в.з(t_i+1) с заданным значением точности регулирования частоты вращения заднего винта а полученную ошибку регулирования частоты вращения переднего винта ε_в.п(t_i+1) с заданным значением точности регулирования частоты вращения переднего винта определяют уточненную величину вероятности P_jkr из соотношения P_jkr(t_i+1) = λP_jkr(t_i)+(1-λ)A(t_i+1), где A(t_i+1) 1 при одновременном выполнении условий и и A(t_i+1) 0 во всех остальных случаях, а λ - заранее заданная постоянная величина (0<λ<1).=

РИСУНКИ

Рисунок 1