- •1.1.2 Влияние взаимодействия регуляторов в зоне совместной работы на статическую точность регулирования
- •1.1.3 Устойчивость регулирования в зоне совместной работы регуляторов
- •1.1.4 Системы с селектированием каналов управления, воздействующих на один регулирующий фактор
- •1.1.5 Взаимодействие регуляторов в процессе приёмистости гтд
- •1.1.6 Схемы регулирования температуры газа за турбиной
- •1.2.2 Описание структурной схемы сар
- •1.3 Описание функциональной схемы
- •1.4.3 Микропроцессор
- •1.4.4 Распределение адресного пространства
1.1.3 Устойчивость регулирования в зоне совместной работы регуляторов
Влияние взаимодействия контуров регулирования в зоне их совместной работы на устойчивость регулирования рассмотрим для одного из режимов полета при работе двигателя на максимальном режиме на примере CAP с гидромеханическим регулятором частоты вращения и электронным регулятором одного из наиболее важных параметров—температуры газа, в случае, когда регулирующим фактором является расход топлива в основную камеру сгорания ТРДД.
Будем рассматривать регулятор частоты вращения nк ротора высокого давления, выполненный в соответствии со схемой, показанной на рис.1.2.
p(Tиp+1)xGтр=–knк(Tрp+1)xnк. (1.6)
Границы областей устойчивости контура регулирования параметра показаны на рис.1.6.
Рис.1.6 – Границы устойчивости контура регулирования частоты вращения.
Устойчивость системы в зоне совместной работы регуляторов оценим для нескольких способов согласования регуляторов частоты вращения и температуры газа ТГ, являющихся разными вариантами выполнения схем, показанных на рис. 1.1.
Исследуем схемы систем, в которых регулятор температуры, статический до согласующего устройства, воздействует:
–параллельно с регулятором частоты вращения nк (вариант схемы а на рис. 1.1) на величину давления в маятниковой полости;
–на настройку регулятора частоты вращения nк через статический исполнительный механизм;
–непосредственно на астатический исполнительный механизм, управляющий устройством для дозирования топлива (как регулятор приемистости в схеме на рис. 1.2).
В двух первых схемах регулятор температуры связан с дозирующим устройством через статическую приставку регулятора частоты вращения.
Структурные схемы перечисленных систем даны на рис. 1.7.
Рис.1.7 – Структурные схемы CAP при совместной работе регуляторов частоты вращения и температуры газа:
ИТ, ИП – измерители параметров ТТ и n;
УП – усилитель-преобразователь;
ИМТ – исполнительный механизм регулятора температуры газа;
СП – статическая приставка в регуляторе частоты вращения;
ИУ – исполнительное устройство;
Д –двигатель.
Здесь схема а относится к первым двум способам согласования регуляторов, что справедливо в предположении безынерционности измерителя частоты вращения и процессов в маятниковой полости, показанной на схемах в виде элемента сравнения. Третьему способу согласования соответствует схема б.
Уравнения систем регулирования при совместной работе регуляторов могут быть представлены следующим образом.
Для схемы а на рис. 1.7:
(ТИТp+1)·xUТ=xТТ;
(ТЭp+1)·xnТ = kTxUТ;
(1.7)
xnкТ=knкxnк+ xnТ; |xnкТ|<1;
p(ТИp+1)·xGТр= –(ТРs+1)·xnкт.
Тит—постоянная времени, характеризующая инерционность измерителя температуры газа;
kТ — суммарный коэффициент усиления регулятора температуры ТТ*;
knк— суммарный коэффициент усиления регулятора частоты вращения nк.
Для схемы б на рис. 1.7:
(ТИТp+1)·xUТ=xТТ;
pxGT1=–kTxUТ;
(1.8)
p(Тиp+1)·xGТ2=–knк(ТРp+1)·xnк;
xGТр=xGТ1+xGТ2.
Постоянная времени Т3 в уравнении исполнительного механизма регулятора температуры может быть достаточно большой, например, при изменении настройки регулятора частоты вращения с помощью гидрозамедлителя в гидромеханических системах.
В случае автономной работы регулятора температуры в системе, выполненной по схеме а, чему соответствует условие xnКТ=xnТ, он является астатическим с воздействием по производной. Области устойчивости такого регулятора определяются границами, показанными на рис. 1.8. Можно отметить характерную особенность системы регулирования температуры газа, состоящую в расширении области устойчивости при увеличении инерционности измерителя температуры. Так, например, при Тр=0,5 с увеличение ТИТ от 0,1 с до 2 с приводит к увеличению критического значения коэффициента kТ от 8 с-1 до 195 с-1, т. е. примерно, в 25 раз. Максимальная крутизна границы устойчивости в рассматриваемом диапазоне изменения параметров соответствует Тр=0,3 с. Это объясняется видом границ устойчивости в координатах Тр; kТ (рис. 1.8, б), где кривые имеют максимум, величина которого возрастает при увеличении ТИТ.
Автономно работающий регулятор температуры в системе, выполненной по схеме б на рис. 1.7, чему, соответствует условие xGТр=xGТ1, также является астатическим, но не содержит в управляющем сигнале воздействия по производной. Граница устойчивости такой системы показана на рис. 1.8, а штрих-пунктирной линией. Как видно, изменение ТИТ при отсутствии сигнала управления по производной слабее влияет на критическое значение коэффициента kТ, хотя и здесь увеличение ТИТ от 0,1 до 4 с сопровождается увеличением kТкр в 2 раза.
Рис. 1.8 – Области устойчивости регулятора температуры газа.
Перейдем к рассмотрению устойчивости регулирования при совместной работе регулятора. Для системы, выполненной в соответствии со схемой а на рис. 1.7, границы областей устойчивости показаны на рис. 1.9. В случае безынерционного исполнительного механизма регулятора температуры (Тз=0) взаимодействие регуляторов в зоне совместной работы вызывает уменьшение запасов устойчивости в обоих каналах регулирования. Введение инерционности в исполнительный механизм регулятора температуры приводит к тому, что при определенных параметрах регулятора частоты вращения область устойчивости канала регулирования температуры ТТ* расширяется, причем тем значительнее, чем больше величина Т3. Этот эффект ослабляется; при малой инерционности измерителя температуры. Во всех случаях взаимодействие приводит к уменьшению критических значений коэффициента усиления knк в канале регулирования параметра nк.
Области устойчивости системы, выполненной по схеме б на рис. 1.7, приведены на рис. 1.10. Видно, что при малой инерционности канала регулирования температуры (ТИТ=0,1 с) запасы устойчивости обоих контуров в зоне совместной работы меньше, чем при их автономной работе.
Таким образом, совместная работа регуляторов, воздействующих на один регулирующий фактор, изменяет характеристики устойчивости системы, может приводить к уменьшению запасов устойчивости, снижению допустимых коэффициентов усиления в каналах управления и ухудшению динамической точности регулирования.
Рис. 1.9 – Границы областей устойчивости при совместной работе регуляторов (для схемы а).
Рис. 1.10 – Границы областей устойчивости при совместной работе регуляторов (для схемы б)