Система автоматического управления газотурбинным двигателем
Изобретение относится к авиационной технике, может быть использовано в системах регулирования газотурбинных установок самолетов и позволяет повысить безопасность полетов. Цель изобретения - повышение надежности и качества регулирования при переходе с основного на дублирующий электронный регулятор. Основной или дублирующий цифровые электронные регуляторы 1 и 2 со встроенными блоками 3 и 4 контроля формируют сигналы управления на исполнительный механизм 10, при отказе электронной части включается в работу аварийный гидромеханический регулятор 9. Переключение управления производится с помощью переключателей 7 и 8 и логических элементов 11 и 12. Для обнаружения отказов частей системы служат блоки 14 и 18 обнаружения неисправностей датчиков двигателя и обнаружения неисправностей исполнительного механизма 10, а также блоки 15 и 19 математических моделей двигателя и исполнительного механизма. Система обнаруживает и парирует отказы электронной части, в том числе отказы датчиков двигателя и гидромеханической части. Такое выполнение системы позволяет повысить ее надежность. 1 л.
Изобретение относится к авиационной технике, в частности к системам регулирования газотурбинных двигателей (ГТД). Цель изобретения - повышение надежности работы системы. На чертеже представлена структурная схема системы. Система автоматического управления газотурбинным двигателем содержит основной и дублирующий цифровые электронные регуляторы 1 и 2 со встроенными блоками 3 и 4 контроля, первый и второй пропорционально-интегральные усилители 5 и 6, первый и второй переключатели 7 и 8, аварийный гидромеханический регулятор 9, исполнительный механизм 10, логический элемент И 11, логический элемент ИЛИ 12, компаратор 13, блок 14 обнаружения неисправностей датчиков газотурбинного двигателя и блок 15 математической модели газотурбинного двигателя, первые выходы встроенных блоков 3 и 4 контроля основного и дублирующего цифровых электронных регуляторов 1 и 2 подключены соответственно к первому и второму входам логического элемента И 11, а вторые их выходы соответственно - к первому и второму входам логического элемента ИЛИ 12, первые выходы основного и дублирующего цифровых электронных регуляторов 1 и 2 подключены к первому и второму входам компаратора 13 и входам соответственно первого и второго пропорционально-интегральных усилителей 5 и 6, выход первого пропорционально-интегрального усилителя 5 подключен к первому входу первого переключателя 7, второй вход которого подключен к третьему выходу встроенного блока 3 контроля основного цифрового электронного регулятора 1, вторые выходы основного и дублирующего цифровых электронных регуляторов 1 и 2 подключены соответственно к первому и второму входам блока 14 обнаружения неисправностей датчиков газотурбинного двигателя, а их первые входы соответственно - к первому и второму выходам блока 14 обнаружения неисправностей датчиков газотурбинного двигателя, третий вход и третий выход которого подключены соответственно к первому выходу и первому входу блока 15 математической модели газотурбинного двигателя. Кроме того, система содержит датчик 16 положения задающего золотника и датчик 17 положения выходного звена исполнительного механизма 10, блок 18 обнаружения неисправностей исполнительного механизма 10, блок 19 математической модели исполнительного механизма 10 и третий переключатель 20, первый вход которого подключен к третьему выходу блока 3 встроенного контроля основного цифрового электронного регулятора 1, второй вход - к второму выходу блока 15 математической модели газотурбинного двигателя, а выход - к второму входу дублирующего цифрового электронного регулятора 2, выход датчика 16 положения задающего золотника исполнительного механизма 10 подключен к первому входу блока 18 обнаружения неисправностей исполнительного механизма 10, второй вход которого подключен к выходу датчика 17 положения выходного звена исполнительного механизма 10, третий вход - к первому выходу блока 19 математической модели исполнительного механизма 10, первый выход - к первому входу блока 19 математической модели исполнительного механизма 10, а второй выход - к второму входу блока 15 математической модели газотурбинного двигателя, третий вход которого подключен к второму выходу блока 19 математической модели исполнительного механизма 10, второй вход которого подключен к выходу первого пропорционально-интегрального усилителя 5, а третий вход - к выходу второго пропорционально-интегрального усилителя 6, подключенному к третьему входу первого переключателя 7, выход которого подключен к первому входу второго переключателя 8, второй вход которого подключен к выходу аварийного гидромеханического регулятора 9, третий вход - к выходу логического элемента И 11, а выход - к входу исполнительного механизма 10, выход логического элемента ИЛИ 12 подключен к третьему входу компаратора 13, выход которого подключен к четвертому входу второго переключателя 8. Система работает следующим образом. При нормальной (безотказной) работе всех элементов системы основным электронным регулятором 1 определяется рассогласование между фактически измеренными и заданными значениями регулируемых параметров. Дублирующим цифровым электронным регулятором 2 определяется рассогласование между модельными оценками измеренных параметров и заданными значениями регулируемых параметров по той же программе, что и основным его регулятором 1. Величины рассогласования (селектированные ошибки) подаются на первый и второй усилители 5 и 6, где формируются управляющие сигналы каналов, а также на первый, второй входы компаратора 13, где определяется величина рассогласования между селектированными ошибками каналов и сравнивается с предельно допустимой. Управляющие сигналы с усилителей 5 и 6 каждого канала подаются на первый и третий входы первого переключателя 7. Переключатель 7 работает по сигналу, поступающему от встроенного блока контроля 3 основного канала. В безотказном состоянии управляющий сигнал основного регулятора проходит на первый вход второго переключателя 8 и через него на исполнительный механизм 10. Управляющий сигнал регулятора 2, а также управляющий сигнал с регулятора 9 в это время блокируются. Блоком 19 по управляющим сигналам, включенным в контур управления основного и дублирующего цифровых электронных регуляторов 1 и 2, формируется оценка сигнала, характеризующего положение исполнительного органа (задающего золотника), которая подается на третий вход блока 15. На второй вход блока 15 подается сигнал с блока 18, в котором осуществляется контроль исправности исполнительного механизма 10 путем сравнения сигнала с датчика 17 его модельной оценки, вычисленной в блоке 19, и его оценки, вычисленной в блоке 18, по значению сигнала с датчика 16, характеризующего положение исполнительного органа. Блок 18 контролирует исправность датчика 17 и парирует его отказы. Если отказывает датчик 17, то на вход блока 15 поступает сигнал, вычисленный в блоке 19 по сигналу, характеризующему положение исполнительного органа, кроме того, в блоке 18 осуществляется коррекция. По математической модели в блоке 19 одновременно производится подстройка параметров по замеренным значениям. Блок 15 по сигналу с датчика обратной связи с основного канала и модельной оценки сигнала датчика обратной связи для дублирующего канала формирует оценки параметров ГТД. Оценки измерений подаются на третий вход блока 14, на первый и второй входы блока 14 оценки измерений подаются соответственно из основного и дублирующего цифровых электронных регуляторов 1 и 2, измеренные датчиками значения параметров ГТД. В блоке 14 производится проверка исправного состояния датчиков первичной информации по мажоритарному принципу, а также производится подстройка модельных оценок под фактически измеренные параметры ГТД. При этом улучшенные модельные оценки параметров подаются обратно с третьего выхода блока 14 на вход блока 15 для использования при решении управлений. На первые входы обоих регуляторов 1 и 2 подаются сигналы безотказного состояния, кроме того, на второй вход дублирующего регулятора 2 через третий переключатель 20 подаются с блока 15 модельные оценки измеренных параметров ГТД, что дает возможность программам управления и контроля выполняться в соответствии с временной диаграммой (в замкнутом контуре). Поэтому при переходе управления с основного на дублирующий регулятор обеспечивается плавный динамический переход за счет согласованных начальных условий. Отключение переключателя 20 от дублирующего регулятора производится по сигналу со встроенной системы 3 контроля основного канала 1 при его отказе. При одиночном отказе датчика первичной информации система работает следующим образом. В блоке 14 обнаруживается рассогласование между показанием отказавшего датчика и соответствующими друг другу показаниями исправного датчика и модельной оценкой параметра, выполненной в блоке 15. В результате этого значение отказавшего датчика замещается значением исправного датчика, которое передается с соответствующего выхода блока 14 на входы регуляторов, при этом отключение канала из контура управления не происходит. При одиночном отказе основного цифрового электронного регулятора 1 система работает следующим образом. Отказ обнаруживается во встроенном блоке 3 контроля, в компараторе 13. После обнаружения отказа сигнал из встроенного блока 3 контроля воздействует на второй вход первого переключателя 7, по которому осуществляется отключение от исполнительного механизма 10 управляющего сигнала основного регулятора 1, а к исполнительному механизму 10 подключается управляющий сигнал дублирующего регулятора 2. Кроме того, сигнал из встроенного блока 3 контроля воздействует через схему ИЛИ 12 на компаратор 13, блокируя включение в контур управления аварийного гидромеханического регулятора 9, и на первый вход блока 15 переключателя 20, по которому происходит отключение выхода от входа дублирующего регулятора 2. При одиночном отказе датчика 17 или датчика 16 система работает следующим образом. В блоке 18 обнаруживается рассогласование между показаниями отказавшего датчика и соответствующими ему модельными оценками, вычисленными в блоке 18 по значению датчика, характеризующего положение исполнительного органа, и в блоке 19 по значению с пропорционально-интегрального усилителя 5. Отказы датчика 17 парируются путем замещения отказавшего датчика его модельной оценкой. Отказ исполнительного механизма 10 обнаруживается блоком 18. Когда происходит отказ блока 15, отказ блока 14, отказ блока 19 или блока 18, то компаратор 13 обнаруживает недопустимое рассогласование между сигналами регуляторов 1 и 2 и выдает управляющий сигнал на второй переключатель 8 на включение аварийного гидромеханического регулятора 9 в контур управления. Если отказ обнаруживается блоком 3 или 4 основного или резервного регуляторов, то этот сигнал блокируется через логический элемент ИЛИ 12. При отказе усилителя 5 основного канала он выключается из контура управления, а включается дублирующий канал, если происходит отказ усилителя 6 дублирующего канала, то формируется сигнал отказа дублирующего канала, никаких переключений не происходит, при отказе обоих усилителей 5 и 6 в контур управления включается гидромеханический регулятор 9. Таким образом, в системе обнаруживается и парируется практически любой отказ элементов электронной части, в том числе отказы датчиков двигателя и гидромеханической части. Система полностью сохраняет свои функции при любом одиночном отказе, после отказа одного канала обеспечивается плавный динамический переход на управление от дублирующего канала. Эффективность применения системы заключается в увеличении наработки на отказ системы и повышении безотказности полета из-за расширения возможностей системы в части обнаружения, парирования и локализации отказов за счет комплекса аппаратно-программных средств.
Формула изобретения
СИСТЕМА АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ ГАЗОТУРБИННЫМ ДВИГАТЕЛЕМ, содержащая основной и дублирующий цифровые электронные регуляторы со встроенными блоками контроля, первый и второй пропорционально-интегральные усилители, первый и второй переключатели, аварийный гидромеханический регулятор, исполнительный механизм, логический элемент И, логический элемент ИЛИ, компаратор, блок обнаружения неисправностей датчиков газотурбинного двигателя и блок математической модели газотурбинного двигателя, первые выходы встроенных блоков контроля основного и дублирующего цифровых электронных регуляторов подключены соответственно к первому и второму входам логического элемента И, а вторые их выходы соответственно - к первому и второму входам логического элемента ИЛИ, первые выходы основного и дублирующего цифровых электронных регуляторов подключены к первому и второму входам компаратора и входам соответственно первого и второго пропорционально-интегральных усилителей, выход первого пропорционально-интегрального усилителя подключен к первому входу первого переключателя, второй вход которого подключен к третьему выходу встроенного блока контроля основного цифрового электронного регулятора, вторые выходы основного и дублирующего цифровых электронных регуляторов подключены соответственно к первому и второму входам блока обнаружения неисправностей датчиков газотурбинного двигателя, а их первые входы соответственно - к первому и второму выходам блока обнаружения неисправностей датчиков газотурбинного двигателя, третий вход и третий выход которого подключены соответственно к первому выходу и первому входу блока математической модели газотурбинного двигателя, отличающаяся тем, что, с целью повышения надежности, она дополнительно содержит датчик положения задающего золотника и датчик положения выходного звена исполнительного механизма, блок обнаружения неисправностей исполнительного механизма, блок математической модели исполнительного механизма и третий переключатель, первый вход которого подключен к третьему выходу блока встроенного контроля основного цифрового электронного регулятора, второй вход - к второму выходу блока математической модели газотурбинного двигателя, а выход - к второму входу дублирующего цифрового электронного регулятора, выход датчика положения задающего золотника исполнительного механизма подключен к первому входу блока обнаружения неисправностей исполнительного механизма, второй вход которого подключен к выходу датчика положения выходного звена исполнительного механизма, третий вход - к первому выходу блока математической модели исполнительного механизма, первый выход - к первому входу блока математической модели исполнительного механизма, а второй выход - к второму входу блока математической модели газотурбинного двигателя, третий вход которого подключен к второму выходу блока математической модели исполнительного механизма, второй вход которого подключен к выходу первого пропорционально-интегрального усилителя, а третий вход - к выходу второго пропорционально-интегрального усилителя, подключенному к третьему входу первого переключателя, выход которого подключен к первому входу второго переключателя, второй вход которого подключен к выходу аварийного гидромеханического регулятора, третий вход - к выходу логического элемента И, а выход - к входу исполнительного механизма, выход логического элемента ИЛИ подключен к третьему входу компаратора, выход которого подключен к четвертому входу второго переключателя.РИСУНКИ
Рисунок 1MM4A Досрочное прекращение действия патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе
Номер и год публикации бюллетеня: 14-2002
Извещение опубликовано: 20.05.2002
