ES2318157T3 - Sistema de regulacion de multiples magnitudes y procedimiento para regular un tramo de regulacion de multiples magnitudes. - Google Patents
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Abstract
Sistema de regulación de múltiples magnitudes, con un tramo de regulación de múltiples magnitudes (11), presentando el tramo de regulación de múltiples magnitudes varias magnitudes de ajuste (14, 15) como magnitudes de entrada y varias magnitudes reguladas (12, 13) como magnitudes de salida, con varios dispositivos de comparación (24, 25) para determinar desviaciones de regulación (26, 27), con varios reguladores (28, 29), pudiendo suministrarse a cada regulador (28, 29) una desviación de regulación (26, 27) como magnitud de entrada, y con un dispositivo de conversión (32), cuyas magnitudes de entrada son las magnitudes de salida (30, 31) proporcionadas por los reguladores (28, 29), calculando el dispositivo de conversión (32), al menos a partir de las magnitudes de salida (30, 31) de los reguladores (28, 29), las magnitudes de ajuste (14, 15) para el tramo de regulación de múltiples magnitudes (11), caracterizado porque el dispositivo de conversión (32) para calcular las magnitudes de ajuste (14, 15) superpone a las magnitudes de salida (30, 31) de los reguladores (28, 29) una componente de control previo, dependiente del valor real.
Description
Sistema de regulación de múltiples magnitudes y
procedimiento para regular un tramo de regulación de múltiples
magnitudes.
La invención se refiere a un sistema de
regulación de múltiples magnitudes según el preámbulo de la
reivindicación 1. Asimismo, la invención se refiere a un
procedimiento para regular un tramo de regulación de múltiples
magnitudes según el preámbulo de la reivindicación 7 y a un
procedimiento para regular una turbohélice según el preámbulo de la
reivindicación 12.
El punto de partida para la técnica de
regulación o una tarea de regulación es una instalación o un
dispositivo, para el que ha de influirse de una manera determinada
en una magnitud variable en el tiempo. La magnitud que se ha de
regular se denomina magnitud regulada y la instalación o el
dispositivo existente se denomina tramo de regulación. La magnitud
regulada es una magnitud de salida del tramo de regulación y un
valor medido de la magnitud regulada se denomina valor real de la
misma. La magnitud regulada debe ser influida de tal forma que la
magnitud regulada corresponda a una magnitud deseada que se denomina
valor teórico. El valor real de la magnitud regulada se compara con
el valor teórico deseado, siendo suministrada la diferencia
correspondiente - una llamada diferencia de regulación - a un
regulador. Sobre la base de la diferencia de regulación, el
regulador genera una magnitud de ajuste para influir en el tramo de
regulación, siendo la magnitud de ajuste una magnitud de entrada
del tramo de regula-
ción.
ción.
Frecuentemente, han de regularse tramos de
regulación en los que han de influirse y, por tanto, regularse
varias magnitudes variables en el tiempo - es decir, varias
magnitudes reguladas. Este tipo de tramos de regulación se
denominan tramo de regulación de múltiples magnitudes o tramo de
regulación múltiple. Algunos ejemplos de este tipo de tareas de
regulación de múltiples magnitudes son:
- -
- turbohélices como, por ejemplo, grupos turbopropulsores para vehículos aéreos, en los que han de regularse el número de revoluciones y la potencia de una hélice,
- -
- columnas de destilación, en las que han de regularse el nivel de líquido y las temperaturas en el fondo y la cabeza de la columna, o
- -
- reguladores de clima, en los que han de regularse la temperatura y la humedad de un espacio.
La presente invención se refiere a este tipo de
sistemas de regulación de múltiples magnitudes o tramos de
regulación de múltiples magnitudes. La siguiente descripción de la
invención al ejemplo de una regulación de una turbohélice de un
avión no supone ninguna limitación de la invención a este caso de
aplicación especial, aunque el uso de la invención para este caso
de aplicación sea especialmente ventajoso.
En este tipo de sistemas de regulación de
múltiples magnitudes existen generalmente acoplamientos entre las
diversas magnitudes reguladas y las diversas magnitudes de ajuste,
de tal forma que una magnitud de ajuste no actúe sólo sobre una,
sino sobre varias magnitudes reguladas. Además, generalmente se
producen no linealidades entre las diversas magnitudes de ajuste y
las diversas magnitudes reguladas. Los acoplamientos y las no
linealidades entre las magnitudes de ajuste y las magnitudes
reguladas significan considerables dificultades para el diseño de
un regulador adecuado, en particular, si se requiere un resultado de
regulación óptimo a través de toda la zona de servicio del tramo de
regulación, y no sólo en la zona de un punto de servicio preferible
del tramo de regulación.
Wade, Harold L.: "Inverted Decoupling: A
Neglected Technique", Advances in Instrumentation And Control,
Instrument Society of America, tomo 51, pág.
357-369, 1996 y el documento US5,4403,074 describen
un sistema de regulación de múltiples magnitudes con un tramo de
regulación de múltiples magnitudes, presentando el tramo de
regulación de múltiples magnitudes varias magnitudes reguladas como
magnitudes de entrada y varias magnitudes reguladas como magnitudes
de salida, con varios dispositivos de comparación para determinar
diferencias de regulación, con varios reguladores, pudiendo
suministrarse a cada regulador una diferencia de regulación como
magnitud de entrada y con un dispositivo de conversión, cuyas
magnitudes de entrada son las magnitudes de salida proporcionadas
por los reguladores, calculando el dispositivo de conversión, al
menos a partir de las magnitudes de salida de los reguladores, las
magnitudes de ajuste para el tramo de regulación de múltiples
magnitu-
des.
des.
En Gräser, Axel: "Querprofilregelung in der
Papierindustrie - Sensoren und Aktuatoren als bestimmende Elemente
der Regelgüte", técnica de automatización, editorial Oldenbourg
Verlag, tomo 45, pág. 271-281, 1997, se describe un
procedimiento de regulación con un desacoplamiento de los circuitos
individuales y una compensación del acoplamiento de tramo.
Con los sistemas de regulación o procedimientos
para regular un tramo de regulación de múltiples magnitudes,
conocidos por el estado de la técnica, hasta ahora no es posible o
sólo es posible de forma insuficiente regular de manera
satisfactoria tramos de regulación de múltiples magnitudes con
acoplamientos y no linealidades entre las magnitudes de ajuste y
las magnitudes reguladas.
La presente invención tiene el objetivo de
proporcionar un sistema de regulación de múltiples magnitudes y un
procedimiento mejorado para la regulación de un tramo de regulación
de múltiples magnitudes, especialmente para regular una
turbohélice.
Este objetivo se consigue mediante un sistema de
regulación de múltiples magnitudes según la reivindicación 1 y un
procedimiento para regular un tramo de regulación de múltiples
magnitudes según la reivindicación 7. El procedimiento para regular
una turbohélice tiene las características de la reivindicación
12.
Según la invención, al calcular las magnitudes
de ajuste, el dispositivo de conversión superpone a las magnitudes
de salida de los reguladores una componente de control previo
dependiente de valores reales de las magnitudes de de regulación.
De esta manera, se consigue un buen desacoplamiento de las
magnitudes de ajuste y las magnitudes reguladas del tramo de
regulación de múltiples magnitudes, que sirve para la compensación
de la no linealidad del tramo.
Preferentemente, existen un primer dispositivo
de conversión de magnitudes reguladas y un segundo dispositivo de
conversión de magnitudes reguladas. Las magnitudes de salida del
tramo de regulación de múltiples magnitudes - es decir, las
magnitudes reguladas - pueden suministrarse como magnitudes de
entrada al primer dispositivo de conversión de magnitudes
reguladas, determinando el primer dispositivo de conversión de
magnitudes reguladas, a partir de las magnitudes reguladas,
magnitudes de salida que pueden suministrarse como primeras
magnitudes de entrada a los dispositivos de comparación. Además,
pueden suministrarse valores teóricos de las magnitudes reguladas
como magnitudes de entrada al segundo dispositivo de conversión de
magnitudes reguladas, determinando el segundo dispositivo de
conversión de magnitudes reguladas, a partir de los valores
teóricos, valores de salida que pueden suministrarse a los
dispositivos de comparación como segundas magnitudes de entrada. El
resultado de regulación se optimiza por la conversión de magnitudes
reguladas y la estructura de la regulación se simplifica
considerablemente.
Algunas variantes preferibles de la invención
resultan de las reivindicaciones subordinadas y la siguiente
descripción.
Un ejemplo de realización de la invención se
describirá detalladamente con la ayuda del dibujo, sin limitarse a
éste. En el dibujo, muestra:
La figura 1 un circuito de regulación para una
turbohélice para ilustrar el sistema de regulación de múltiples
magnitudes según la invención y el procedimiento según la
invención.
La figura 1 muestra un sistema de regulación de
múltiples magnitudes 10 según la invención. El sistema de
regulación de múltiples magnitudes 10 representado en la figura 1
ilustra la invención para un ejemplo de realización, en el que un
tramo de regulación de múltiples magnitudes 11 está configurado como
turbohélice de un avión. Aunque la presente invención resulta
especialmente indicada para este caso de aplicación, el concepto de
regulación según la invención puede emplearse también en otros
tramos de regulación de múltiples magnitudes.
Según muestra la figura 1, en el tramo de
regulación de múltiples magnitudes 11 configurado como turbohélice
han de regularse un número de revoluciones n_{P} de hélice y una
potencia de hélice P_{PR} como magnitudes reguladas 12, 13. Las
dos magnitudes reguladas 12, 13 constituyen las magnitudes de salida
del tramo de regulación de múltiples magnitudes 11.
Como magnitudes de entrada, al tramo de
regulación de múltiples magnitudes 11 configurado como turbohélice
se suministran dos magnitudes de ajuste 14, 15 como magnitudes de
entrada. En el ejemplo de realización representado aquí, en la
primera magnitud de ajuste 14 se trata de un ángulo de ajuste
\beta de pala de hélice. En la segunda magnitud de ajuste 15 se
trata de una corriente de carburante W_{F}.
Por lo tanto, en la turbohélice se trata de un
tramo de regulación de múltiples magnitudes 11 con dos magnitudes
de entrada y dos magnitudes de salida. Entre las magnitudes de
entrada, a saber, las magnitudes de ajuste 14, 15, y las magnitudes
de salida, es decir, las magnitudes reguladas 12 y 13, del tramo de
regulación de múltiples magnitudes 11 configurado como turbohélice
existen fuertes acoplamientos y no linealidades. Con la ayuda del
tramo de regulación de múltiples magnitudes 10 o del procedimiento
según la invención para la regulación del tramo de regulación de
múltiples magnitudes 11 se propone una solución, con la que pueden
eliminarse en mayor medida los acoplamientos y las no linealidades
entre las magnitudes de ajuste 14, 15 y las magnitudes reguladas
12, 13, pudiendo conseguirse, por tanto, también a través de un
ancho rango de servicio del tramo de regulación de múltiples
magnitudes 11 que se ha de regular, un resultado de regulación
optimizado usando estructuras de regulación sencillas.
Como ya se ha mencionado, ha de regularse como
primera magnitud regulada 12 el número de revoluciones de la hélice
n_{P} y como segunda magnitud regulada 13 la potencia de la hélice
P_{PR}. Los valores medidos de estas magnitudes reguladas 12, 13
se denominan valores reales. Ahora, la tarea de regulación tiene
como objetivo que los valores reales de las magnitudes reguladas
12, 13 se hagan coincidir con valores teóricos 16, 17
correspondientes para el número de revoluciones de la hélice y la
potencia de la hélice. La figura 1 muestra como primer valor
teórico 16 un valor teórico para el número de revoluciones de hélice
n_{Pteórico} y como segundo valor teórico 17 un valor teórico
para la potencia de la hélice P_{PRteórico}.
Según la invención, los valores reales de las
magnitudes reguladas 12, 13 no se comparan directamente con los
valores teóricos 16, 17 de las mismas. Más bien, tanto para los
valores reales de las magnitudes reguladas 12, 13 como para los
valores teóricos 16, 17 correspondientes existe respectivamente un
dispositivo de conversión 18, 19 de magnitudes reguladas.
Un primer dispositivo de conversión 19 de
magnitudes reguladas está asignado a los valores reales medidos de
las magnitudes reguladas 12, 13. Un segundo dispositivo de
conversión 18 de magnitudes reguladas está asignado, en cambio, a
los valores teóricos 16, 17 correspondiente. El primer dispositivo
de conversión 19 de magnitudes reguladas determina, a partir de los
valores reales de las magnitudes reguladas 12, 13, magnitudes de
salida 20, 21. De manera correspondiente, el segundo dispositivo de
conversión 18 de magnitudes reguladas determina, a partir de los
valores teóricos 16, 17, las magnitudes de salida 22, 23. Las
magnitudes de salida 20, 21 del primer dispositivo de conversión 19
de magnitudes reguladas y las magnitudes de salida 22, 23 del
segundo dispositivo de conversión 18 de magnitudes reguladas se
suministran como magnitudes de entrada a dispositivos de
comparación 24, 25. En los dispositivos de comparación 24, 25 se
compensan entre sí las magnitudes de salida 20, 21, 22, 23
correspondientes de los dispositivos de conversión 18, 19 de
magnitudes reguladas. Esto aún se tratará con más detalle más
adelante.
Previamente, se van a tratar las conversiones de
los valores reales de las magnitudes reguladas 12, 13 y de sus
valores teóricos 16, 17, realizadas en los dispositivos de
conversión 18, 19 de magnitudes reguladas. El primer dispositivo de
conversión 19 de magnitudes reguladas, al que como magnitudes de
entrada se suministran las magnitudes reguladas 12, 13 - es decir,
valores reales del número de revoluciones de hélice n_{P} y de la
potencia de hélice P_{PR} - proporciona dos magnitudes de salida
20, 21 que se calculan a partir de las magnitudes de entrada del
dispositivo de conversión 19 de magnitudes reguladas y los valores
característicos del tramo de regulación de múltiples magnitudes 11.
En el ejemplo de realización representado, el primer dispositivo de
conversión 19 de magnitudes reguladas emite como primera magnitud de
salida 20 la magnitud regulada 12, es decir el número de
revoluciones de hélice n_{P}. Como segunda magnitud de salida 21,
en cambio, el primer dispositivo de conversión 19 de magnitudes
reguladas emite una magnitud determinada a partir de los valores
reales de las magnitudes reguladas 12, 13, siendo en el ejemplo de
realización representado un valor determinado de una potencia de
turbina P_{LPT}. Por lo tanto, al primer dispositivo de conversión
19 de magnitudes reguladas se suministran como magnitudes de
entrada el número de revoluciones de hélice n_{P} y la potencia de
hélice P_{PR}. Como magnitudes de salida 20, 21, el dispositivo
de conversión 19 de magnitudes reguladas emite el número de
revoluciones de hélice n_{P} y la capacidad de turbina P_{LPT}.
Para determinar la potencia de turbina P_{LPT} a partir de las
magnitudes reguladas 12, 13 se procede según la siguiente
ecuación:
P_{LPT} =
P_{PR} + n_{P} * dn_{P}/dt * \Theta *
4\pi^{2}
siendo:
- P_{LPT} =
- potencia de turbina,
- P_{PR} =
- potencia de hélice,
- n_{P} =
- número de revoluciones de hélice,
- dn_{P}/dt =
- 1ª derivada del número de revoluciones de hélice,
- \Theta =
- momento de inercia de masa de la turbohélice.
Usando dicha ecuación, a partir de las
magnitudes reguladas 12, 13 en el primer dispositivo de conversión
19 de magnitudes reguladas pueden determinarse de un modo sencillo
las magnitudes de salida 20, 21 del primer dispositivo de
conversión de magnitudes reguladas.
De manera análoga, dicha ecuación se usa también
en el segundo dispositivo de conversión 18 de magnitudes reguladas
en el que, a partir de los valores teóricos 16, 17, se calculan las
magnitudes de salida 22, 23.
En el segundo dispositivo de conversión 18 de
magnitudes reguladas está integrado adicionalmente un dispositivo
de retraso temporal para el valor teórico del número de revoluciones
de hélice. Por lo tanto, la magnitud de salida 22 del dispositivo
de conversión 18 de magnitudes reguladas corresponde al valor
teórico para el número de revoluciones de hélice n_{Pteórico} con
un retraso temporal de 200 milisegundos, preferentemente. Por esta
transmisión con retraso de tiempo del valor teórico para el número
de revoluciones de hélice se compensa el efecto dinámico de retraso
de tiempo de la turbohélice.
Cabe señalar que las magnitudes de salida 20, 21
del primer dispositivo de conversión 19 de magnitudes reguladas
pueden denominarse también magnitudes reguladas auxiliares y las
magnitudes de salida 22, 23 del segundo dispositivo de conversión
18 de magnitudes reguladas pueden denominarse también valores
teóricos auxiliares.
Como ya se ha mencionado anteriormente, las
magnitudes de salida 20, 21 del primer dispositivo de conversión 19
de magnitudes reguladas y las magnitudes de salida 22, 23 del
segundo dispositivo de conversión 18 de magnitudes reguladas se
suministran como magnitudes de entrada a los dispositivos de
comparación 24, 25. Según muestra la figura 1, a un primer
dispositivo de comparación 24 se suministran las magnitudes de
salida 20, 22 de los dispositivos de conversión 18, 19 de
magnitudes reguladas. En el ejemplo de realización representado se
trata de los valores reales y teóricos convertidos para el número
de revoluciones de hélice n_{P}. En el dispositivo de comparación
24 se forma una diferencia entre dicho valor teórico auxiliar para
el número de revoluciones de hélice y el valor real auxiliar para
el número de revoluciones de hélice, a partir de la cual se calcula
la desviación de regulación 26 para el número de revoluciones de
hélice. En la figura 1, la desviación de regulación para el número
de revoluciones de hélice está designada por n_{Perr}.
De forma análoga, en el segundo dispositivo de
comparación 25 se calcula una diferencia entre la magnitud de
salida 23 del segundo dispositivo de conversión 18 de magnitudes
reguladas y la magnitud de salida 21 del primer dispositivo de
conversión 19 de magnitudes reguladas. Por lo tanto, en el ejemplo
de realización representado, en el segundo dispositivo de
comparación 25 se determina una diferencia entre el valor real
calculado de la potencia de turbina PLPT que sirve de magnitud
regulada auxiliar y un valor teórico calculado correspondientemente
para dicha magnitud regulada auxiliar. En la figura 1, una
desviación de regulación 27 correspondiente entre el valor real y
el valor teórico de la potencia de turbina que sirve de magnitud
regulada auxiliar está designado por P_{LPTerr}.
Las desviaciones de regulación 26, 27 de las
magnitudes reguladas auxiliares 20, 21 se suministran a los
reguladores 28, 29, según la figura 1. A un primer regulador 28 se
suministra la desviación de regulación 26 de la magnitud regulada
auxiliar 20. En la desviación de regulación 26 suministrada al
primer regulador 28 se trata, por tanto, de la diferencia de
regulación entre el valor teórico auxiliar 22 del número de
revoluciones de hélice y el valor real auxiliar 20 para el número
de revoluciones de hélice. Por lo tanto, el primer regulador 28
está configurado como regulador de número de revoluciones. A partir
de la desviación de regulación 26, el primer regulador 28 determina
una magnitud de salida 30 de éste. En el ejemplo de realización
representado, en la magnitud de salida 30 se trata de un
requerimiento de par de giro \DeltaT.
De manera análoga, a un segundo regulador 29 se
suministra la desviación de regulación 27 de la magnitud regulada
auxiliar 21. Por lo tanto, en la desviación de regulación 27 se
trata de la diferencia entre el valor teórico 23 y el valor real 20
correspondiente de la potencia de turbina P_{LPT} que sirve de
magnitud regulada auxiliar. Por consiguiente, el segundo regulador
29 está configurado como regulador de potencia. A partir de la
desviación de regulación 27, el segundo regulador 29 determina una
magnitud de salida 31. En la magnitud de salida 31 del segundo
regulador 29 se trata, en el ejemplo de realización representado, de
un requerimiento de potencia \DeltaP.
Los dos reguladores 28, 29 pueden estar
configurados, por ejemplo, como reguladores PID. La determinación
de parámetros de regulación adecuados le incumbe al experto
correspondiente.
Las magnitudes de salida 30, 31 de los
reguladores 28, 29 no se usan directamente como magnitudes de ajuste
para el tramo de regulación de múltiples magnitudes 11, sino más
bien se suministran a un dispositivo de conversión 32. Las
magnitudes de salida 30, 31 de los reguladores 28, 29 sirven, por
tanto, como magnitudes de entrada para el dispositivo de conversión
32. En el dispositivo de conversión 32 se compensan entre sí las
magnitudes de salida 30, 31. El dispositivo de conversión 32
determina, a partir de las magnitudes de salida 30, 31 de los
reguladores 28, 29 y a partir de valores características del tramo
de regulación de múltiples magnitudes 11, las magnitudes de ajuste
14, 15 para el tramo de regulación de múltiples magnitudes 11. En el
ejemplo de realización representado, esto significa que al
dispositivo de conversión 32 se suministran como magnitudes de
entrada el requerimiento de par de giro \DeltaT y el requerimiento
de potencia \DeltaP como magnitudes de entrada. A partir de estas
dos magnitudes de entrada, el dispositivo de conversión 32 determina
el ángulo de ajuste de pala de hélice \beta y la corriente de
carburante W_{F} como magnitudes de ajuste para la turbohélice
11. Para ello, se procede, preferentemente, según las siguientes
ecuaciones modelo:
- \quad
- T = \beta^{E1} * n_{P}{}^{Es}
- \quad
- P = W_{F}{}^{E3} * n_{P}{}^{E4}
siendo:
- P =
- potencia de turbina, magnitud de salida del regulador de números de revoluciones,
- T =
- par de giro, magnitud de salida del regulador de potencia,
- nP =
- número de revoluciones de hélice,
- WF =
- corriente de carburante, magnitud de ajuste buscada,
- \beta =
- ángulo de ajuste de pala de hélice, magnitud de ajuste buscada,
E1, E2, E3, E4 = exponentes del
modelo.
Según el aspecto de la presente invención, en el
dispositivo de conversión 32 para determinar las magnitudes de
ajuste 14, 15 no sólo se compensan entre sí las magnitudes de salida
30, 31 de los dos reguladores 28, 29, sino más bien,
adicionalmente, en el dispositivo de conversión 32 se superpone una
componente de control previo dependiente del valor real. Por
consiguiente, las características del tramo de regulación de
múltiples magnitudes 11, en el presente caso se trata de
características de la turbina y de la hélice, se arrastran a las
rutas de ajuste del sistema de regulación de múltiples magnitudes
10.
En el ejemplo de realización representado se
tienen en cuenta campos característicos de la hélice y de la
turbina. Este tipo de campos característicos se obtienen modelando
por matemática o por dinámica del sistema el tramo de regulación de
múltiples magnitudes 11, en el ejemplo de realización representado,
de la turbohélice.
A estos campos característicos, conocidos por el
experto en la materia, se suministran como magnitudes de entrada
las magnitudes de salida 30, 31 de los dos reguladores 28, 29 y,
adicionalmente, los valores reales correspondientes, medidos, que
sirven de componentes de control previo. A las magnitudes de salida
30, 31 de los dos reguladores 28, 29 se suma la correspondiente
componente de control previo y esta suma se suministra como
magnitud de entrada al campo característico correspondiente. En este
contexto es válido:
- T = f(\beta, n_{P},
...)
\hskip2cm
y - T = \Delta T * T_{real}
- P = f(W_{F},
n_{P}, ...)
\hskip1,72cm
y - P = \Delta T * P_{real}
siendo:
f(\beta, n_{P}, ...),
f(W_{F}, n_{P}, ...) = campos característicos,
T_{real}, P_{real} = componentes de control
previo.
De ello resulta:
\beta =
f(\Delta T * T_{real}, n_{P},
...)
W_{F} =
f(\Delta T * P_{real}, n_{P},
...)
Esto significa que los campos característicos no
se cargan solamente con entradas nominales o medidas T_{real} ó
P_{real}, sino adicionalmente con magnitudes de salida de los dos
reguladores 28, 29, determinadas de forma dinámica. Las magnitudes
de salida 30, 31 de los dos reguladores 28, 29 se arrastran a través
de los campos característicos del tramo de regulación de múltiples
magnitudes 11, siendo sometidas a otra conversión.
El sistema de regulación de múltiples magnitudes
10 descrito aquí o el procedimiento para la regulación del tramo de
regulación de múltiples magnitudes 11 comprende, por tanto, los tres
bloques siguientes:
Según un primer bloque, las magnitudes de salida
del tramo de regulación de múltiples magnitudes 11, es decir, las
magnitudes reguladas 12, 13, así como valores teóricos 16, 17
correspondientes para las magnitudes reguladas 12, 13 en
dispositivos de conversión 18, 19 de magnitudes reguladas en
magnitudes reguladas auxiliares 20, 21, así como en valores
teóricos 22, 23 correspondientes para las magnitudes reguladas
auxiliares. Según un segundo bloque de la invención, las magnitudes
de salida 30, 31 de los reguladores 28, 29, determinadas a partir
de la desviación de regulación 26, 27 de las magnitudes reguladas
auxiliares 20, 21 se suministran a un dispositivo de conversión 32.
En el dispositivo de conversión 32, a partir de las magnitudes de
salida 30, 31 de los reguladores 28, 29 se forman las magnitudes de
ajuste 14, 15 para el tramo de regulación de múltiples magnitudes
11. Según un tercer bloque de la invención, en el dispositivo de
conversión 32, a las magnitudes de salida 30, 31 de los reguladores
28, 29 se superpone al menos una componentes de control previo.
Dicha componente de control previo depende de la modelación del
tramo de regulación de múltiples magnitudes 11. En las componentes
de control previo se trata de campos característicos del tramo de
regulación de múltiples magnitudes 11, usándose como magnitudes de
entrada para estos campos característicos las magnitudes de salida
30, 31 de los reguladores 28, 29, determinadas de forma dinámica, y
los valores reales correspondientes, medidos - las llamadas
componentes de control previo.
Usando la estructura del sistema de regulación
de múltiples magnitudes 10 según la invención, de una manera
sencilla pueden eliminarse acoplamientos entre las magnitudes de
ajuste 14, 15 y las magnitudes reguladas 12, 13 del tramo de
regulación de múltiples magnitudes 11, así como no linealidades en
el comportamiento dinámico del tramo de regulación de múltiples
magnitudes 11. Así, el problema de regulación de múltiples
magnitudes del tramo de regulación de múltiples magnitudes 11 puede
atribuirse a circuitos de regulación lineales, desacoplados, con
una magnitud de entrada y una magnitud de salida. Con leyes de
regulación sencillas, por ejemplo reguladores PID, se puede
realizar entonces una regulación satisfactoria del tramo de
regulación de múltiples magnitudes 11 a través de toda la zona de
servicio del tramo de regulación de múltiples magnitudes 11.
El sistema de regulación de múltiples magnitudes
10 según la invención puede emplearse de manera especialmente
ventajosa para regular una turbohélice. Las fuertes no linealidades
en el comportamiento de transmisión dinámica, que se producen en
una turbohélice, así como los fuertes acoplamientos entre las
magnitudes de ajuste y las magnitudes reguladas de la turbohélice
no pueden eliminarse fácilmente usando la invención. El número de
revoluciones de hélice n_{P} y la potencia de hélice P_{PR}
pueden desacoplarse entre sí y regularse sustancialmente de forma
lineal con la ayuda de la conversión de magnitudes reguladas y de
magnitudes de ajuste según la invención. Con una simple serie de
parámetros de regulación se puede conseguir una regulación
optimizada de una turbohélice a través de toda la zona de servicio
de la turbohélice. El sistema de regulación de múltiples magnitudes
10 según la invención se caracteriza por un comportamiento de
regulación robusto.
- 10
- Sistema de regulación de múltiples magnitudes
- 11
- Tramo de regulación de múltiples magnitudes
- 12
- Magnitud regulada
- 13
- Magnitud regulada
- 14
- Magnitud regulada
- 15
- Magnitud regulada
- 16
- Valor teórico
- 17
- Valor teórico
- 18
- Dispositivo de conversión de magnitudes reguladas
- 19
- Dispositivo de conversión de magnitudes reguladas
- 20
- Magnitud de salida
- 21
- Magnitud de salida
- 22
- Magnitud de salida
- 23
- Magnitud de salida
- 24
- Dispositivo de comparación
- 25
- Dispositivo de comparación
- 26
- Desviación de regulación
- 27
- Desviación de regulación
- 28
- Regulador
- 29
- Regulador
- 30
- Magnitud de salida
- 31
- Magnitud de salida
- 32
- Dispositivo de conversión de magnitudes de ajuste.
Claims (16)
1. Sistema de regulación de múltiples
magnitudes, con un tramo de regulación de múltiples magnitudes (11),
presentando el tramo de regulación de múltiples magnitudes varias
magnitudes de ajuste (14, 15) como magnitudes de entrada y varias
magnitudes reguladas (12, 13) como magnitudes de salida, con varios
dispositivos de comparación (24, 25) para determinar desviaciones
de regulación (26, 27), con varios reguladores (28, 29), pudiendo
suministrarse a cada regulador (28, 29) una desviación de
regulación (26, 27) como magnitud de entrada, y con un dispositivo
de conversión (32), cuyas magnitudes de entrada son las magnitudes
de salida (30, 31) proporcionadas por los reguladores (28, 29),
calculando el dispositivo de conversión (32), al menos a partir de
las magnitudes de salida (30, 31) de los reguladores (28, 29), las
magnitudes de ajuste (14, 15) para el tramo de regulación de
múltiples magnitudes (11), caracterizado porque el
dispositivo de conversión (32) para calcular las magnitudes de
ajuste (14, 15) superpone a las magnitudes de salida (30, 31) de los
reguladores (28, 29) una componente de control previo, dependiente
del valor real.
2. Sistema de regulación de múltiples magnitudes
según la reivindicación 1, caracterizado porque el
dispositivo de conversión (32) para calcular las magnitudes de
ajuste (14, 15) compensa entre sí las magnitudes de salida (30, 31)
de los reguladores (28, 29).
3. Sistema de regulación de múltiples magnitudes
según la reivindicación 2, caracterizado porque la
compensación de las magnitudes de salida (30, 31) de los
reguladores (28, 29) depende del tramo de regulación de múltiples
magnitudes (11).
4. Sistema de regulación de múltiples magnitudes
según una o varias de las reivindicaciones 1 a 3,
caracterizado por un primer dispositivo de conversión (19)
de magnitudes reguladas, pudiendo suministrarse las magnitudes
reguladas (12, 13) como magnitudes de entrada al primer dispositivo
de conversión (19) de magnitudes reguladas, y determinando el
primer dispositivo de conversión (19) de magnitudes reguladas, a
partir de las magnitudes reguladas (12, 13), magnitudes de salida
(20, 21) que pueden suministrarse a los dispositivos de comparación
(24, 25) como primeras magnitudes de entrada.
5. Sistema de regulación de múltiples magnitudes
según una o varias de las reivindicaciones 1 a 4,
caracterizado por un segundo dispositivo de conversión (18)
de magnitudes reguladas, pudiendo suministrarse valores teóricos
(16, 17) de las magnitudes reguladas (12, 13) al segundo dispositivo
de conversión (18) de magnitudes reguladas como magnitudes de
salida, y determinando el segundo dispositivo de conversión (18) de
magnitudes reguladas, a partir de los valores teóricos (16, 17),
magnitudes de salida (22, 23) que pueden suministrarse a los
dispositivos de comparación (24, 25) como segundas magnitudes de
entrada.
6. Sistema de regulación de múltiples magnitudes
según la reivindicación 4 ó 5, caracterizado porque los
dispositivos de comparación (24, 25) compensan las primeras
magnitudes de entrada de los mismos con segundas magnitudes de
entrada correspondientes de los mismos, pudiendo suministrarse las
desviaciones de regulación (26, 27) resultantes a los reguladores
(28, 29) como magnitudes de entrada.
7. Procedimiento para regular un tramo de
regulación de múltiples magnitudes, suministrándose al tramo de
regulación de múltiples magnitudes (11) varias magnitudes de ajuste
(14, 15) como magnitudes de entrada, emitiéndose varias magnitudes
reguladas (12, 13) como magnitudes de salida del tramo de regulación
de múltiples magnitudes (11) para determinar desviaciones de
regulación (26, 27), siendo suministrada cada desviación de
regulación (26, 27) a un regulador (28, 29) como magnitud de
entrada, y suministrándose como magnitudes de entrada a un
dispositivo de conversión (32) magnitudes de salida (30, 31)
proporcionadas por los reguladores (28, 29), y siendo calculadas en
el dispositivo de conversión (32), al menos a partir de las
magnitudes de salida (30, 31) de los reguladores (28, 29), las
magnitudes de ajuste (14, 15), para el tramo de regulación de
múltiples magnitudes (11), caracterizado porque para
calcular las magnitudes de ajuste (14, 15), a las magnitudes de
salida (30, 31) de los reguladores (28, 29) se superpone
adicionalmente una componente de control previo dependiente del
valor real.
8. Procedimiento según la reivindicación 8,
caracterizado porque para determinar las magnitudes de ajuste
(14, 15), las magnitudes de salida (30, 31) de los reguladores (28,
29) se compensan entre sí.
9. Procedimiento según la reivindicación 7 u 8,
caracterizado porque las magnitudes reguladas (12, 13) del
tramo de regulación de múltiples magnitudes (11) se suministran como
magnitudes de entrada a un primer dispositivo de conversión (19) de
magnitudes reguladas, determinando el primer dispositivo de
conversión (19) de magnitudes reguladas, a partir de las magnitudes
reguladas (12, 13), magnitudes de salida (20, 21) que se suministran
como primeras magnitudes de entrada a los dispositivos de
comparación (24, 25).
10. Procedimiento según una o varias de las
reivindicaciones 7 a 9, caracterizado porque valores teóricos
(16, 17) de las magnitudes reguladas se suministran como magnitudes
de entrada a un segundo dispositivo de conversión (18) de
magnitudes reguladas, determinando el segundo dispositivo de
conversión (18) de magnitudes reguladas, a partir de los valores
teóricos (16, 17), magnitudes de salida (22, 23) que se suministran
como segundas magnitudes de entrada a los dispositivos de
comparación (24, 25).
11. Procedimiento según la reivindicación 9 ó
10, caracterizado porque se compensan las primeras magnitudes
de entrada de los dispositivos de comparación (24, 25) y las
segundas magnitudes de entrada correspondientes, y porque las
desviaciones de regulación (26, 27) resultantes se suministran a los
reguladores (28, 29) como magnitudes de entrada.
12. Procedimiento para regular una turbohélice,
regulándose como magnitudes reguladas un número de revoluciones de
hélice (12) y una potencia de hélice (13), suministrándose a la
turbohélice (11) como magnitudes de ajuste un ángulo de ajuste de
pala de hélice (14) y una corriente de carburante (15), y
suministrándose magnitudes de salida (30, 31), proporcionadas por
reguladores (28, (29), como magnitudes de entrada a un dispositivo
de conversión (32), para determinar el ángulo de ajuste de pala de
hélice (14) y la corriente de carburante (15), y determinando el
dispositivo de conversión (32), a partir de las magnitudes de salida
(30, 31) de los reguladores (28, 29) el ángulo de ajuste de pala de
hélice (14) y la corriente de carburante (15) como magnitudes de
ajuste, caracterizado porque en el dispositivo de conversión
(32), las magnitudes de salida (30, 31) de los reguladores (28, 29)
se compensan entre sí siendo superpuestas adicionalmente por una
componente de control previo dependiente del valor real.
13. Procedimiento según la reivindicación 12,
caracterizado porque el número de revoluciones de hélice (12)
y la potencia de hélice (13) se suministran como magnitudes
reguladas de la turbohélice (11) a un primer dispositivo de
conversión (19) de magnitudes reguladas como magnitudes de entrada,
proporcionando el primer dispositivo de conversión (19) de
magnitudes reguladas como magnitudes de salida valores reales para
el número de revoluciones de hélice (20) y una potencia de turbina
(21).
14. Procedimiento según la reivindicación 12 ó
13, caracterizado porque valores teóricos para el número de
revoluciones de hélice (16) y la potencia de hélice (17) se
suministran como magnitudes de entrada a un segundo dispositivo de
conversión (18) de magnitudes reguladas, proporcionando el segundo
dispositivo de conversión (18) de magnitudes reguladas, como
magnitudes de salida, valores teóricos para el número de
revoluciones de hélice (22) y una potencia de turbina (23).
15. Procedimiento según la reivindicación 13 ó
14, caracterizado porque a partir de los valores reales y los
valores teóricos correspondientes para el número de revoluciones de
hélice y la potencia de turbina se determinan las desviaciones de
regulación (26, 27) correspondientes, siendo suministradas la
desviación de regulación del número de revoluciones de hélice (26)
a un regulador de número de revoluciones (28) y la desviación de
regulación de potencia de turbina (27) a un regulador de potencia
(29).
16. Procedimiento según la reivindicación 15,
caracterizado porque el regulador de número de revoluciones
(28) proporciona como magnitud de salida un requerimiento de par de
giro (30) y el regulador de potencia (29) proporciona como magnitud
de salida un requerimiento de potencia de turbina (31),
determinándose en el dispositivo de conversión (32), a partir del
requerimiento de par de giro (30) y el requerimiento de potencia de
turbina (31) el ángulo de ajuste de pala de hélice (14) y la
corriente de carburante (15).
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