Синтез адаптивного регулятора температуры газа газотурбинного двигателя Текст научной статьи по специальности «Химические технологии»

Решетневские чтения

УДК 681.51

В. И. Петунин, Г. С. Валиева Уфимский государственный авиационный технический университет, Россия, Уфа

СИНТЕЗ АДАПТИВНОГО РЕГУЛЯТОРА ТЕМПЕРАТУРЫ ГАЗА ГАЗОТУРБИННОГО ДВИГАТЕЛЯ

Рассматриваются алгоритм косвенного измерения параметров газотурбинного двигателя на основе его математической модели и метод синтеза адаптивного регулятора температуры. Приводятся результаты моделирования

Температура газа является одним из основных газодинамических параметров управляемого процесса в газотурбинном двигателе (ГТД), определяющих эффективность силовой установки и надежность работы газовой турбины. Поэтому выдерживание оптимального значения температуры газа по режимам работы ГТД и условиям полета имеет важное значение и достигается, наряду с улучшением конструкции турбины, повышением качества функционирования системы автоматического управления (САУ).

Структурная схема САУ температурой газа ГТД приведена на рис. 1.

Рис. 1. Структурная схема САУ температурой газа ГТД

Передаточная функция замкнутой САУ

Ф(р) =_^г (ЛтД (^

1 +^рег ( Лтд (Лм (р)

Измерение температуры газа должно происходить с высокой точностью, т. е.

№зм (р) = 1. (1)

Поэтому задачу синтеза данной САУ можно решить, как синтез регулятора в прямой цепи при условии точного измерения температуры газа и синтез адаптивного измерителя температуры газа [1].

Приравнивая передаточную функцию замкнутой системы к передаточной функции желаемой системы Ф(р) = Ф*(р), при условии (1) получаем передаточную функцию регулятора

№ (р) = —

1

Ф*( р)

(2)

'ГТД (р) 1 - Ф*(р)

Для получения заданного качества переходных процессов в САУ необходимо точное измерение температуры газа ГТД. Прямые методы измерения предусматривают датчики температуры -

термопары, для которых характерны большие значения постоянных времени. Косвенные методы заключаются в измерении различных параметров ГТД, например, частот вращения роторов и их производных, и определении на основе этих данных других трудноизмеряемых координат с помощью быстродействующих вычислителей.

Постоянная времени термопары Тт зависит от расхода газа Ог [2]:

Тт = Тт.р (сг.р / С )0,5. (3)

Двухвальный двухконтурный ГТД с форсажной камерой может быть описан следующей системой уравнений в приведенных координатах [3]:

п = К^ (п2) ДСТ + К^ (п)Дп1 + К^ (п) ДFЭ; (4)

Л2 = Кп2От (п2 ) ДСт + Кп2п (П2 ) Дп1 + Кп2(п2 )Д^э ; (5) ДХ1 = КХ,От (П2)ДСт + КХЛ (П2)ДП1 +

+КХР (П2)Д^э

(6)

где п - частота вращения ротора низкого давления; п2 - частота вращения ротора высокого давления; X соответствует, Т4*, Ог и другим параметрам.

Решая систему уравнений (4), (5) относительно величин ДОт и ДРэ и подставляя полученные результаты в уравнение (6), получаем алгоритм для расчета любого параметра:

X = Х00 (п) + А1 (п2)Дп1 + А2 (п )п2 + А3 (п2 )п . (7)

Следовательно, самонастраивающийся измеритель температуры газа ГТД с разомкнутым контуром самонастройки (рис. 2) может быть построен на основе модели косвенного измерения расхода газа согласно выражения (7) и нелинейного преобразователя 2, реализующему зависимость (3). В этом случае постоянная времени корректирующего звена Тк является функцией частот вращения роторов п1 и их производных п1, что повышает динамическую точность измерения температуры газа.

Моделирование рассмотренной САУ ГТД с использованием пакета БтиНпк системы

Системы управления, космическая навигация и связь

MATLAB показало хорошее качество переходных процессов по температуре газов.

Рис. 2. Структурная схема измерителя температуры газа с косвенным измерением расхода газа:

1 - модель косвенного измерения расхода газа; 2 - нелинейный преобразователь; 3 - датчик температуры; 4 - дифференциатор; 5 - блок умножения

Библиографический список

1. Петунин, В. И. Синтез систем автоматического управления газотурбинными двигателями с селектором каналов / В. И. Петунин // Вестник УГАТУ. Сер. «Управление, вычислительная техника и информатика». 2008. Т. 11, № 1 (28). С. 3-10.

2. Черкасов, Б. А. Автоматика и регулирование воздушно-реактивных двигателей / Б. А. Черкасов. М. : Машиностроение, 1988.

3. Петунин, В. И. Определение температуры газа ГТД с помощью косвенных измерений / В. И. Петунин // Известия вузов. Авиационная техника. 2008. № 1. С. 51-55.

V. I. Petunin, G. S. Valieva Ufa State Aviation Technical University, Russia, Ufa

SYNTHESIS OF THE ADAPTIVE REGULATOR OF GAS TEMPERATURE

IN GAS TURBINE ENGINE

The algorithm of indirect measurement of GTE parameters on the basis of its mathematical model and synthesis method of a temperature adaptive regulator are considered. Simulation data are demonstrating.

© Петунин В. И., Валиева Г. С., 2009

УДК 623.465.38

А. А. Русина

Балтийский государственный технический университет «Военмех» имени Д. Ф. Устинова, Россия, Санкт-Петербург

НАВИГАЦИОННЫЕ СПУТНИКИ В НАВЕДЕНИИ ПРОТИВОКОРАБЕЛЬНЫХ КРЫЛАТЫХ РАКЕТ

Перспектива развертывания отечественной орбитальной группировки спутников ГЛОНАСС открывает новые возможности для наведения крылатых ракет. Введение в системы управления информационного канала спутникового позиционирования позволяет обеспечить поражение объекта площадью в несколько квадратных метров на значительном удалении от места пуска с высокой точностью.

Среди многообразия видов и типов вооружений, находящихся в эксплуатации и разработке во всех странах мира, особо выделяется оружие, предназначенное для ведения боевых действий на море. Это связано со спецификой решаемых задач и особыми условиями ведения боевых действий на морских и океанских театрах военных действий (ТВД). Для оружия, предназначенного к решению задач войны на море, характерно сочетание специализации, обусловленной относительной однородностью типов поражаемых объектов и фоно-целевых условий применения оружия и универсальности, вызванной необходимостью решения широкого круга разнообразных

задач ограниченным набором средств. Согласно современным взглядам, достижение наилучших результатов в этих условиях обеспечивается применением высокоточного оружия (ВТО). В данном случае под ВТО следует понимать систему управляемого вооружения функционально, организационно или технически объединяющую высокоточные средства поражения, бортовые системы носителя, управляющие подготовкой оружия к применению, системы информационного обеспечения и обеспечивающую в расчетных условиях боевого применения поражение каждого из назначенных объектов с заданной мерой ущерба [1].