Способ испытания электронных регуляторов газотурбинных двигателей и устройство для его реализации

 

Использование: изобретение относится к автоматическому регулированию авиационных газотурбинных двигателей (ГТД), а именно к испытанию и контролю систем управления и их элементов. Сущность изобретения: способ, по которому формируют одномерный массив постоянных значений X=(x) размерностью M, охватывающий весь диапазон возможных изменений выходной координаты двигателя x, и одномерный массив значений управляющего воздействия U={u} размерностью N, на основании этих двух одномерных массивов строят трехмерный массив переходных вероятностей P={p} размерностью NxMxM, каждый элемент которого P_jkq отражает вероятность перехода двигателя из состояния {X_k} на i-том шаге управления в состояние {X_q} на (i+I)-ом шаге управления под действием на i-том шаге управления управляющего воздействия U_j, причем значения вероятностей P определяют из анализа априорных статистических данных о работе данного конкретного ГТД, затем в режиме стохастического моделирования на каждом i-том шаге моделирования по величине, выдаваемой испытуемым регулятором управляющей координаты U(t_i), выбирают значение j из условия , по величине выходной координаты X(t_i) выбирают значение k из условия и формируют значение выходной координаты X(t_i+1)=X_q, на основе метода Монте-Карло, после чего подают его через имитатор датчика в регулятор и устройство для реализации способа. В устройстве выход имитирующей ЭВМ 4 соединен с первым входом первого ключа 5, выход которого соединен с входом имитатора датчика 6, а второй вход - с выходом блока стохастического моделирования 7, первый вход которого соединен с вторым выходом второго ключа 3, первый выход которого соединен с входом имитирующей ЭВМ 4, а вход - с выходом имитатора исполнительного механизма 2, управляющие входы ключей соединены с выходом блока управления ключами 9, а второй вход блока стохастического моделирования 7 соединен с выходом генератора случайных чисел 8. 2 с.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к автоматическому регулированию авиационных газотурбинных двигателей (ГТД), а именно к испытанию и контролю систем управления и их элементов.

Известен способ испытания регуляторов ГТД путем аналогового моделирования двигателей на моделирующих стендах [1] Недостатком указанного способа является недостаточное качество испытаний.

Устройство, реализующее данный способ, содержит гидро- и электроприводы, моделирующую АВМ, входные и выходные преобразователи, испытуемый регулятор.

Недостатком указанного устройства являются большие масса и габариты, невысокая точность.

Наиболее близким техническим решением, выбранным за прототип, является способ испытания регуляторов ГТД на стенде для испытаний электронных регуляторов ГТД [2] путем имитации по управляющему сигналу регулятора управляемой координаты ГТД и преобразования ее в физический сигнал, поступающий в регулятор.

Операции этого способа осуществляются стендом [3] содержащим регулятор, имитаторы исполнительных механизмов, имитирующую ЭВМ и имитаторы датчиков.

Недостатком указанного способа является то, что он рассчитан на испытания регуляторов при идеальных условиях работы среднестатического двигателя, не учитывает влияние случайных возмущений внешней среды и разброса параметров отдельных экземпляров двигателей и, следовательно, не обеспечивает высокую достоверность испытаний.

Недостатком указанного стенда является то, что он не позволяет реализовать влияние случайных величин на ход испытаний.

Задачей, на решение которой направлено изобретение, является повышение достоверности испытаний электронных регуляторов ГТД на стендах для испытаний электронных регуляторов ГТД на установившихся режимах за счет моделирования случайных возмущений, соответствующих воздействиям внешней среды в реальных условиях эксплуатации и разбросу параметров двигателей.

Поставленная задача решается способом испытания электронных регуляторов ГТД путем имитации по управляющему сигналу регулятора управляемой координаты ГТД и преобразования ее в физический сигнал, поступающий в регулятор, в отличие от прототипа дополнительно формируют одномерный массив постоянных значений X= (x) размерностью M, охватывающий весь диапазон возможных изменений выходной координаты двигателя x, и одномерный массив значений управляющего воздействия U=u} размерностью N, на основании этих двух одномерных массивов строится трехмерный массив переходных вероятностей P=P} каждый элемент которого P_jkq отражает вероятность перехода двигателя из состоянияX_k на i-том шаге управления в состояниеX_q} на (i+1)-ом шаге управления под действием на i-том шаге управления управляющего воздействия u_j, причем значения вероятностей P определяются из анализа априорных статистических данных о работе данного конкретного ГТД, затем на установившихся режимах в режиме стохастического моделирования на каждом i-том шаге моделирования по величине выдаваемой испытуемым регулятором управляющей координаты u(t₁) выбирают значение j из условия , по величине выходной координаты x(t₁) выбирают значение k из условия , формируют значение выходной координаты x(t_i+1)=x_q, на основе метода Монте-Карло [4] и подают его через имитатор датчика в регулятор.

Поставленная задача решается так же с помощью устройства, включающего испытуемый регулятор, выход которого соединен с входом имитатора исполнительного механизма, ЭВМ, имитирующую гидро- механическую часть (ГМЧ) системы управления и двигатель как объект управления, выход которой соединен с первым входом первого ключа, выход которого соединен с входом имитатора датчика, а второй вход с выходом блока стохастического моделирования, первый вход которого соединен с вторым выходом второго ключа, первый выход которого соединен с входом имитирующей ЭВМ, а вход с выходом имитатора исполнительного механизма, управляющие входы ключей соединены с выходом блока управления ключами, а второй вход блока стохастического моделирования соединен с выходом генератора случайных чисел.

На фиг. 1 представлена блок-схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 - один из возможных путей реализации блока стохастического моделирования.

Устройство содержит (фиг. 1) испытуемый регулятор 1, выход которого соединен с входом имитатора исполнительного механизма 2, выход которого соединен с входом второго ключа 3, первый выход которого соединен с входом имитирующей ЭВМ 4, выход которой соединен с первым входом первого ключа 5, выход которого соединен с входом имитатора датчика 6, выход которого соединен с входом испытуемого регулятора 1, второй выход второго ключа 3 соединен с первым входом блока стохастического моделирования 7, выход которого соединен с вторым входом первого ключа 5, а второй вход с выходом генератора случайных чисел 8, управляющие входы ключей 3 и 5 соединены с выходом блока управления ключами 9.

Способ реализуют следующим образом.

В режиме испытания работы регулятора по среднестатистической модели ГТД сигнал, соответствующий регулируемой координате ГТД, с имитирующей ЭВМ 4 поступает через ключ 5 и имитатор датчика 5 в регулятор 1, который вырабатывает сигнал управляющего воздействия, который через имитатор исполнительного механизма 2 и ключ 3 поступает в имитирующую ЭВМ 4. На практике часто возникает необходимость проверить работу конкретного регулятора совместно с конкретным двигателем, учитывая индивидуальные особенности этого двигателя и реальные случайные воздействия среды предполагаемой эксплуатации. С этой целью на установившихся режимах с помощью блока управления ключами 9 производится переключение ключей 3 и 5 и в контур испытания регулятора 1 вводится блок стохастического моделирования 7, в котором заранее формируют одномерный массив постоянных значений X=x} размерностью M, охватывающий ведь диапазон возможных изменений выходной координаты двигателя x, и одномерный массив значений управляющего воздействия U=u} размерностью N, на основании этих двух одномерных массивов строят трехмерный массив переходных вероятностей P-{ P} размерностью NхMхM, каждый элемент которого P_jkq отражает вероятность перехода двигателя из состоянияx_k} на i-том шаге управления в состояниеx_q} на (i+1)-ом шаге управления под действием на i-том шаге управляющего воздействия u_j. Формирование массивов X и U и определение значений вероятностей P производится на основе анализа априорных статистических данных о работе данного конкретного ГТД. Такие данные могут быть легко получены в ходе испытаний двигателя на моторном стенде в виде временных реализаций. Затем в режиме стохастического моделирования на каждом i-том шаге моделирования по величине выдаваемой испытуемым регулятором управляющей координаты u(t_i) выбирают значение j из условия , по величине выходной координаты x(t_i) выбирают значение k из условия , формируют значение выходной координаты x(t_i+1)=x_q на основе метода Монте-Карло [4] и подают его через имитатор датчика в регулятор. Генератор случайных чисел 8 служит для реализации метода Монте-Карло. Он генерирует на каждом шаге управления сигнал, соответствующий случайной переменной равномерно распределенной на интервале от 0 до 1. Этот сигнал поступает в блок стохастического моделирования 7, где на основе величины этого сигнала и вектора вероятностей P_jkq с известными значениями индексов k и j определяется значение индекса q, а по значению индекса q определяется значение выходной координаты двигателя на (i+1)-ом шаге x(t_i+1)=x_q.

На фиг. 2 для примера приведен один из возможных путей реализации блока стохастического моделирования. На выходах блоков хранения значений массиваX} и значений массиваU} 2 формируются сигналы, соответствующие значениям x₁,x_m, и u₁,u_n, которые на устройствах сравнения сравниваются соответственно с текущими значениями имитируемой выходной координаты двигателя x(t_i) и управляющей координаты двигателя u(t_i), поступающей с регулятора. Полученные отклонения поступают на соответствующие входы первой логической схемы 3 и второй логической схемы 4, которые формируют сигнал логической "1" на одном из своих выходов, соответствующем минимуму абсолютного значения отклонений на входе, каждая. Третья логическая схема 5 имеет n+m входов и nm выходов. На два ее входа поступают логические "1" (на остальные поступают "0") и она формирует логическую "1" на одном из своих выходов, соответствующем входам с логической "1". Уровень логической "1" на одном из выходов третьей логической схемы 5 открывает ключи на выхода одного из nm блоков хранения значений массива вероятностейP} 6. Сигналы, соответствующие значениям вероятностей
P^*₁, P^*₂, P^*₃, ... P^*_m,
которые отвечают строке вероятностей из трехмерного массиваP} при известных значениях коэффициентов j и k, складываются между собой, образуя значения
P^*₁, P^*₁+P^*₂, P^*₁+P^*₂+P^*₃,..., P^*₁+P^*₂+P^*₃+ ... +P^*_m.

Сигналы, соответствующие этим значениям, на устройствах сравнения сравниваются с сигналом, поступающим с генератора случайных чисел и соответствующим сгенерированному случайному числу A. Сигналы, соответствующие полученным отклонениям, подаются на входы четвертой логической схемы 7, которая формирует уровень логической "1" на одном из своих выходов, соответствующем входу с минимальным неотрицательным отклонением. Сигнал логической "1" на одном из выходов четвертой логической схемы открывает соответствующий ключ, который пропускает в регулятор соответствующее значение выходной координаты двигателя.

Использование предлагаемого способа испытания электронных регуляторов ГТД на стендах для испытаний электронных регуляторов ГТД обеспечивает по сравнению с прототипом следующие преимущества:
а) обеспечивается более высокая достоверность испытаний электронных регуляторов ГТД на стендах для испытаний электронных регуляторов ГТД на установившихся режимах;
б) снижается объем испытаний электронных регуляторов ГТД на реальном двигательном стенде.

Формула изобретения

1. Способ испытания электронных регуляторов газотурбинного двигателя путем имитации по управляющему сигналу регулятора управляемой координаты газотурбинного двигателя и преобразования ее в физический сигнал, поступающий в регулятор, отличающийся тем, что сначала формируют одномерный массив постоянных значений Хх} размерностью М, охватывающий весь диапазон возможных изменений выходной координаты двигателя х, и одномерный массив значений управляющего воздействия Uu} размерностью N, на основании этих двух одномерных массивов строят трехмерный массив переходных вероятностей Рр} размерностью N x M x M, каждый элемент которого отражает вероятность перехода двигателя из состояния (х_k) на i-том шаге управления в состояниеx_q} на (i+1)-м шаге управления под действием на i-том шаге управления управляющего воздействия U_j причем значения вероятностей Р определяют из анализа априорных статистических данных о работе данного конкретного газотурбинного двигателя, затем в режиме стохастического моделирования на каждом i-том шаге моделирования по величине выдаваемой испытуемым регулятором управляющей координаты U(t_i) выбирают значение из условия

а по величине выходной координаты x(t_i) выбирают значение k из условия k = arg_kmin|x(t_i)-x_k| и формируют значение выходной координаты x (t_i+1) x_q на основе метода Монте-Карло, после чего подают его через имитатор датчика в регулятор.

2. Устройство для испытания электронных регуляторов газотурбинного двигателя, включающее испытуемый регулятор, выход которого соединен с входом имитатора исполнительного механизма, ЭВМ, имитирующую гидромеханическую часть системы управления и двигатель как объект управления, имитатор датчика, выход которого соединен с входом регулятора, отличающееся тем, что выход имитирующей ЭВМ соединен с первым входом первого ключа, выход которого соединен с входом имитатора датчика, а второй вход с выходом блока стохастического моделирования, первый вход которого соединен с вторым выходом второго ключа, первый выход которого соединен с входом имитирующей ЭВМ, а вход с выходом имитатора исполнительного механизма, управляющие входы ключей соединены с выходом блока управления ключами, а второй вход блока стохастического моделирования соединен с выходом генератора случайных чисел.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2