Система восстановления информации измерительного канала газотурбинного двигателя

Полезная модель относится к авиационной технике, в частности, к автоматическому управлению газотурбинными двигателями (ГТД) и может быть использована для повышения эффективности управления ГТД. Система восстановления информации измерительного канала газотурбинного двигателя содержит установленный на двигателе двухканальный датчик измеряемого параметра, цифровой регулятор осуществляющий управление двигателем, причем датчик через сумматор, логическое устройство и ключ связан с цифровым регулятором. Система также содержит цифровой блок формирования эталонного сигнала измеряемого параметра, на вход которого подключены датчики параметров двигателя, выход блока подключен к вторым входам первого и второго сумматоров, первые входы которых соединены с измерительными каналами, выходы первого и второго сумматоров подключены соответственно к первому и второму входам первого сравнивающего устройства, выходы которого через первое и второе управляющие реле подключены на входы первого и второго ключей, входы которых также связаны с измерительными каналами датчика, выходы первого и второго ключей подключены на входы третьего сумматора, выход которого через четвертый ключ связан с первым выходом четвертого сумматора, второй вход которого через третий ключ связан с выходом цифрового блока формирования эталонного сигнала 1 з.п. ф-лы, 1 илл.

Полезная модель относится к авиационной технике, в частности, к автоматическому управлению газотурбинными двигателями (ГТД) и может быть использована для повышения эффективности управления ГТД.

Известна система автоматического управления ГТД, содержащая датчики параметров работы ГТД, подключенные к резервному гидромеханическому каналу управления и первому входу основного электронного канала управления, первый выход которого подключен к блоку контроля, а второй - к первому выходу первого коммутатора, выход которого через электромеханический преобразователь подключен к первому входу второго коммутатора, второй вход которого подключен к выходу резервного гидромехнического канала, а выход - к механизму перемещения дозирующего элемента дозатора (например, сервомотору, перемещающему иглу дозатора).

Система также содержит резервный электронный регулятор переходных режимов, логический блок, блок формирования равновесного управляющего сигнала и блок выделения режима, первый и второй входы которого подключены соответственно к второму и третьему выходам основного электронного канала, второй вход которого подключен к выходу резервного электронного регулятора, а первый и второй выходы блока контроля подключены соответственно к первому и второму входам логического блока. Третий вход логического блока подключен к выходу блока выделения режима, первый выход - к управляющему входу второго коммутатора, а второй выход - к управляющему входу первого коммутатора, а третий выход - к третьему входу основного электронного канала, второй выход которого подключен к первому входу блока формирования равновесного управляющего сигнала, выход которого подключен к второму входу первого коммутатора, а второй вход - к четвертому выходу логического блока.

Основной электронный канал управления выполнен в виде электронного регулятора переходных режимов и электронного регулятора установившихся режимов, третьего коммутатора и селектора, выход которого подключен к первому входу первого коммутатора, а первый вход - к выходу третьего коммутатора.

Первые выходы основного электронного канала подключены к входу блока контроля, а их первые входы к датчикам параметров работы газотурбинного двигателя, второй выход регулятора переходных режимов подключен к первому входу третьего коммутатора, торой вход которого подключен к выходу резервного электронного регулятора, а второй выход электронного регулятора установившихся режимов подключен к второму входу селектора и второму входу блока выделения режима. Управляющий вход третьего коммутатора подключен к третьему выходу логического блока.

В процессе работы системы осуществляется управление ГТД путем его регулирования по сигналу управления, формируемому основным электронным каналом, допускового контроля управляющего сигнала основного электронного канала, идентификации типа отказа при отказе основного электронного канала и формирования на время идентификации отказа управляющего сигнала равного постоянной величине. На это время управление ГТД переключается на управления двигателем от резервного канала, причем дополнительно определяют режим работы ГТД для установившегося режима и формируют равновесный управляющий сигнал, при появлении отказа или сбоя основного электронного канала на переходном режиме, переключают на время переходного режима управление ГТД от резервного электронного регулятора переходных режимов, а при появлении отказа или сбоя основного электронного канала на установившемся режиме в качестве постоянной величины для формирования управляющего сигнала используют сформированный равновесный управляющий сигнал. Формирование равновесного управляющего сигнала осуществляют путем отслеживания с заданной постоянной времени выходного сигнала основного электронного канала при установившемся режиме работы двигателя и отсутствии отказа основного электронного регулятора, при переходном режиме работы двигателя или отказе основного электронного канала равновесный управляющий сигнал формируют равным его значению на момент начала переходного режима или выявления отказа основного электронного ключа.

(см. патент РФ 1625095, кл. F02C 9/28, 1994 г.) - наиболее близкий аналог.

В результате анализа известной системы необходимо отметить, что наличие двух каналов (основного и резервного) весьма усложняет ее исполнение, а, кроме того, при отказе основного и резервного каналов она не имеет возможности осуществлять регулирование ГТД, при этом, при функционировании известной системы весьма велико время перехода управления с основного управляющего канала на резервный, что снижает ее эффективность.

Задачей настоящей полезной модели является разработки системы восстановления информации измерительного канала ГТД, надежной в работе, несложной в управлении и сводящей к минимуму время перехода управления с одного канала на другой.

Поставленная задача обеспечиваются тем, что в системе восстановления информации измерительного канала газотурбинного двигателя, содержащей установленный на двигателе двухканальный датчик измеряемого параметра, цифровой регулятор осуществляющий управление двигателем, причем датчик через сумматор, логическое устройство и ключ связан с цифровым регулятором, новым является то, что система содержит цифровой блок формирования эталонного сигнала измеряемого параметра, на вход которого подключены датчики параметров двигателя, выход блока подключен к вторым входам первого и второго сумматоров, первые входы которых соединены с измерительными каналами, выходы первого и второго сумматоров подключены соответственно к первому и второму входам первого сравнивающего устройства, выходы которого через первое и второе управляющие реле подключены на входы первого и второго ключей, входы которых также связаны с измерительными каналами датчика, выходы первого и второго ключей подключены на входы третьего сумматора, выход которого через четвертый ключ связан с первым выходом четвертого сумматора, второй вход которого через третий ключ связан с выходом цифрового блока формирования эталонного сигнала, а выход четвертого сумматора связан с входом регулятора, при этом, в систему могут быть дополнительно введены задатчик допустимого уровня погрешности измерительных каналов, блок логического «И», третье и четвертое реле, второе и третье сравнивающие устройства, к первым входам которых подключены выходы первого и второго сумматоров, а вторые их входы соединены с выходами задатчика допустимого уровня погрешности измерительных каналов, выходы второго и третьего сравнивающих устройств подключены к входам блока логического «И», а выходы данного блока соединены через третье и четвертое реле с третьим и четвертым ключами.

Сущность заявленной полезной модели поясняется графическими материалами, на которых представлена схема системы восстановления информации измерительного канала ГТД.

Система восстановления информации измерительного канала ГТД 1 содержит регулятор 2 параметра ГТД, (например, частоты вращения ротора турбины), двухканальный датчик измерения регулируемого параметра ГТД, содержащий два параллельных измерительных канала 3 и 4. Измерительный канал 3 соединен с первым входом первого сумматора 5, а измерительный канала 4 - с первым входом второго сумматора 6. Выходы сумматоров 5 и 6 соединены с входами первого сравнивающего устройства 7, выходы которого связаны с первым и вторым управляющими реле (соответственно, 8 и 9). Выходы данных реле связаны с первым и вторым входами первого и второго ключей (10 и 11). Третий вход ключа 10 связан с измерительным каналом 4, а третий вход ключа 11 связан с измерительным каналом 3. Выходы ключей 10 и 11 связаны с входами третьего сумматора 12.

Выход сумматора 6 может быть дополнительно связан с первым входом второго сравнивающего устройства 13, второй вход которого связан с задатчиком 14 допустимой погрешности каналов.

Выход сумматора 5 может быть дополнительно связан с первым входом третьего сравнивающего устройства 15, второй вход которого связан с задатчиком 14 допустимой погрешности каналов.

Задатчик 14 может быть реализован в виде микропроцессора, а значение введенной в него допустимой погрешности измерительного канала определяется, как правило, опытным путем при эксплуатации ГТД.

Выходы сравнивающих устройств 13 и 15 связаны с входами элемента логическое «И» 16, выходы которого связаны с входами третьего 17 и четвертого 18 управляющих реле.

Параметры работы ГТД контролируются датчиками 19. В принципе, это могут быть различные датчики. Например, для контроля состояния газовоздушного тракта ГТД используются датчики: частоты вращения ротора компрессора низкого давления; давления воздуха на входе в ГТД; давления за компрессором низкого давления; температуры воздуха за компрессором низкого давления; температуры газа за турбиной; давления воздуха за компрессором высокого давления; температуры воздуха на входе в ГТД.

Выходы датчиков связаны с блоком формирования регрессионной модели 20. Выход блока 20 связан со вторыми входами сумматоров 5 и 6, с первым входом ключа 21, второй и третий входы которого связаны с выходами управляющих реле 17 и 18, выходы которых также связаны с первым и вторым входом ключа 22, третий вход данного ключа связан с выходом сумматора 12. Ключ 22 связан с первым входом четвертого сумматора 23, второй вход которого связан с выходом ключа 21. Выход сумматора 23 связан с входом регулятора 2.

Система восстановления информации измерительного канала ГТД функционирует следующим образом.

Система обеспечивает эффективное регулирование ГТД при работе двух каналов датчика, осуществляя управление по датчику с меньшей погрешностью, при отказе одного из его каналов, при отказе двух его каналов.

В процессе работы ГТД сигнал, характеризующий значение регулируемого параметра, одновременно поступает в каналы 3 и 4 датчика. Одновременно сигналы с датчиков 19 поступают в блок 20, где по регрессионной зависимости формируется эталонный сигнал (n_регр) управляемого параметра. Для формирования данного сигнала может быть использована реализуемая в блоке 20 известная зависимость:

где - C₀ - постоянный коэффициент,

С_i - показатель степени 1-го аргумента, i=1k,

Х - параметр одного из датчиков,

- алгебраический знак умножения.

Сигналы, характеризующие значение измеряемого параметра с каналов 3 и 4 (n_д1 и n_д2)поступают на первые входы сумматоров 5 и 6, на вторые входы которых поступает сигнал (n _регр) с блока 20.

Параллельно сигнал с блока 20 поступает на вход ключа 21, а сигналы каналов 3 и 4 соответственно на входы ключей 11 и 10. Если сигнал с выхода сумматора 5 меньше по абсолютному значению сигнала, поступающего с сумматора 6, то ключ 11 замкнут, а ключ 10 разомкнут. В противном случае ключ 10 замкнут, а ключ 11 разомкнут. Осуществляется это следующим образом.

В сумматорах 5 и 6 вырабатываются сигналы, характеризующие отклонение текущего параметра, измеренного датчиком по каждому его каналу по сравнению с эталонным сигналом блока 20 и их значения (/n_д1/ и /_nд2/) поступают на входы сравнивающего устройства 7. В устройстве 7 сигналы сравниваются, выделяется сигнал, характеризующий меньшую ошибку, то есть, канала, работающего с меньшей погрешностью, и данный сигнал поступает либо на управляющее реле 8, либо на управляющее реле 9, включая его. Считаем, что если значения сигнала, подаваемого на реле А=1, или В=1, или С=1, или Д=1, то контакт реле замкнут. Если А=0, или В=0, или С=0, или Д=0, то контакт реле разомкнут. Реле (8 либо 9 в зависимости от значений сигналов, поступающих на элемент сравнения 7) замыкает ключи 10 и 11 и сигналы (n_д1 и nд₂) с них поступают на сумматор 12, который формирует управляющий сигнал n_д , который поступает через ключ 22 на сумматор 23, где суммируется с сигналом (n_регр) и сформированный управляющий сигнал поступает на вход регулятора 2, который осуществляет регулирование параметра ГТД.

При наличии сравнивающих устройств 13 и 15 сигналы с выходов сумматоров 5 и 6 сравниваются с значением заложенным в задатчике 14, если сигналы с одного или обоих сумматоров 5 и 6 больше сигнала задатчика 14, то сигналы с выходов сравнивающих устройств 13 и 14 поступают на вход элемента логического «И» 16. При наличии обоих сигналов на входе элемента 16 реле 17 замыкает ключ 21 и размыкает ключ 22.

При отказе двух каналов сигнал (n_регр) с блока 20 через ключ 21 поступает на сумматор 23 и управляющий сигнал поступает на регулятор 2, который осуществляет регулирование параметра ГТД по сигналу (n _регр). На второй вход сумматора сигнал не поступает, так как ключ 22 в этом случае разомкнут.

Если на оба или хотя бы на один вход элемента 16 не поступает сигнал, то реле 18 замыкает ключ 22, ключ 21 размыкает. В этом случае на вход регулятора 2 приходит сигнал с сумматора 12, то есть, как было описано выше на вход регулятора 2 приходит один из сигналов измерительных каналов 3 или 4 двухканального датчика в зависимости от положения ключей 10 и 11.

Таким образом, при функционировании системы осуществляется восстановление информации канала регулирования ГТД.

1. Система восстановления информации измерительного канала газотурбинного двигателя, содержащая установленный на двигателе датчик измеряемого параметра, цифровой регулятор, осуществляющий управление двигателем, сумматор, сравнивающее устройство и ключ, отличающаяся тем, что датчик имеет два измерительных канала, причем система содержит блок формирования регрессионной модели, на вход которого подключены датчики параметров двигателя, выход блока подключен к вторым входам первого и второго сумматоров, первые входы которых соединены с измерительными каналами, выходы первого и второго сумматоров подключены соответственно к первому и второму входам первого сравнивающего устройства, выходы которого через первое и второе управляющие реле подключены на входы первого и второго ключей, входы которых также связаны с измерительными каналами датчика, выходы первого и второго ключей подключены на входы третьего сумматора, выход которого через четвертый ключ связан с первым входом четвертого сумматора, второй вход которого через третий ключ связан с выходом блока формирования регрессионной модели, а выход четвертого сумматора связан с входом регулятора.

2. Система восстановления информации измерительного канала газотурбинного двигателя по п.1, отличающаяся тем, что в нее дополнительно введены задатчик допустимого уровня погрешности измерительных каналов, блок логического И, третье и четвертое реле, второе и третье сравнивающие устройства, к первым входам которых подключены выходы первого и второго сумматоров, а вторые их входы соединены с выходами задатчика допустимого уровня погрешности измерительных каналов, выходы второго и третьего сравнивающих устройств подключены к входам блока логического И, а выходы данного блока соединены через третье и четвертое реле с третьим и четвертым ключами.