RU2601712C2 - Noise-immune self-tuning of gas turbine engine gas temperature meter - Google Patents
Noise-immune self-tuning of gas turbine engine gas temperature meter Download PDFInfo
- Publication number
- RU2601712C2 RU2601712C2 RU2015108011/06A RU2015108011A RU2601712C2 RU 2601712 C2 RU2601712 C2 RU 2601712C2 RU 2015108011/06 A RU2015108011/06 A RU 2015108011/06A RU 2015108011 A RU2015108011 A RU 2015108011A RU 2601712 C2 RU2601712 C2 RU 2601712C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- output
- input
- gas temperature
- adder
- turbine engine
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02C—GAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
- F02C9/00—Controlling gas-turbine plants; Controlling fuel supply in air- breathing jet-propulsion plants
Abstract
Description
Изобретение относится к области систем измерения температуры газа газотурбинного двигателя (ГТД).The invention relates to the field of gas temperature measuring systems of a gas turbine engine (GTE).
Известно самонастраивающееся устройство для измерения температуры, содержащее основной и вспомогательные термопреобразователи, подключенные соответственно к основному и вспомогательному корректирующим звеньям, блок сравнения, входы которого соединены с выходом основного термопреобразователя и выходом вспомогательного корректирующего звена, а выход подключен к исполнительному органу, выходы которого подключены к управляющим входам корректирующих звеньев [Шукшунов В.Е. Корректирующие звенья в устройствах измерения нестационарных температур. М., Энергия, 1970, с. 97, рис. 62].A self-adjusting device for measuring temperature is known, comprising primary and secondary thermal converters connected respectively to the primary and secondary corrective links, a comparison unit whose inputs are connected to the output of the primary thermal converter and the output of the auxiliary corrective link, and the output is connected to an actuator whose outputs are connected to the control the inputs of the corrective links [Shukshunov V.E. Corrective links in non-stationary temperature measuring devices. M., Energy, 1970, p. 97, fig. 62].
Недостатками этого устройства являются низкая динамическая точность и плохая помехоустойчивость.The disadvantages of this device are low dynamic accuracy and poor noise immunity.
Существует также другое самонастраивающееся устройство для измерения быстроизменяющихся температур, содержащее последовательно соединенные термопреобразователь, второй сумматор, первый дифференциатор, первый блок умножения, первый сумматор, второй вход которого соединен с выходом второго сумматора, выходом которого является значение, последовательно соединенные блок косвенного определения температуры, блок сравнения, вторым входом которого является выходное значение с первого сумматора, второй дифференциатор, второй блок умножения, второй вход которого является выходом первого дифференциатора, интегрирующий усилитель, выход которого подключен ко второму входу первого блока умножения, последовательно соединенные фильтр, входом которого является выход второго дифференциатора, выход которого подключен ко второму входу второго сумматора. В этом устройстве самонастройка осуществляется по сигналу с выхода устройства и сигналу от блока косвенного определения температуры [Кудрявцев А.В., Петунин В.И., Шаймарданов Ф.А. О повышении динамической точности определения температуры газов за турбиной газотурбинного двигателя. - Тезисы докл. Всесоюзной научн. конференции Методы и средства машинной диагностики газотурбинных двигателей и их элементов, т. 2, Харьков, 1980, с. 50].There is also another self-adjusting device for measuring rapidly changing temperatures, containing a series-connected thermocouple, a second adder, a first differentiator, a first multiplication unit, a first adder, the second input of which is connected to the output of the second adder, the output of which is a value, the indirect temperature determination unit is connected in series, the unit comparison, the second input of which is the output value from the first adder, the second differentiator, the second block is multiplied Ia, the second input of which is the output of the first differentiator, an integrating amplifier, whose output is connected to the second input of the first multiplier, a filter connected in series, the input of which is the output of the second differentiator, the output of which is connected to the second input of the second adder. In this device, self-tuning is carried out according to the signal from the device output and the signal from the indirect temperature determination unit [Kudryavtsev A.V., Petunin V.I., Shaimardanov F.A. On increasing the dynamic accuracy of determining the temperature of gases behind a turbine of a gas turbine engine. - Abstracts dokl. All-Union Scientific conferences Methods and means of machine diagnostics of gas turbine engines and their elements, vol. 2, Kharkov, 1980, p. fifty].
Однако данное устройство обладает невысоким качеством переходных процессов подстройки постоянной времени корректирующего звена при различных начальных условиях. Кроме того, устройство обладает низкой помехоустойчивостью, что отрицательно сказывается на качестве процессов измерения температуры.However, this device has a low quality transient adjustment of the time constant of the correction link under various initial conditions. In addition, the device has low noise immunity, which adversely affects the quality of temperature measurement processes.
Термопару можно рассматривать как инерционное звено с передаточной функцией [Черкасов Б.А. Автоматика и регулирование воздушно-реактивных двигателей. - М.: Машиностроение, 1988. - 360 с., Интегральные системы автоматического управления силовыми установками самолетов / Под ред. А.А. Шевякова. - М.: Машиностроение, 1983. - 283 с.]:A thermocouple can be considered as an inertial link with a transfer function [B. Cherkasov Automation and regulation of jet engines. - M.: Mechanical Engineering, 1988. - 360 p., Integrated Systems for Automatic Control of Aircraft Power Plants / Ed. A.A. Shevyakova. - M.: Mechanical Engineering, 1983. - 283 p.]:
, ,
где Kт - коэффициент передачи термопары;where K t - transfer coefficient of the thermocouple;
Тт - постоянная времени термопары.T t - the time constant of the thermocouple.
С изменением режима работы ГТД и условий полета постоянная времени термопары Тт изменяется в соответствии с изменением расхода обтекающего ее газа Gг:With a change in the operation mode of the gas turbine engine and flight conditions, the thermocouple time constant T t changes in accordance with the change in the flow rate of the gas flowing around it G g :
, где Tтр и Gгр - расчетные значения. where T Tr and G gr - calculated values.
Для обычных экранированных термопар с протоком газа, устанавливаемых на ГТД, постоянная времени в стартовых условиях находится в пределах (1,5…4) с. For conventional shielded thermocouples with a gas flow installed on a gas turbine engine, the time constant in starting conditions is within (1.5 ... 4) s.
Для компенсации динамической погрешности термопары в цепь измерения после термопары необходимо ввести последовательный компенсатор инерционности термопары (КИТ) с передаточной функцией:To compensate for the dynamic error of the thermocouple in the measurement circuit after the thermocouple, it is necessary to introduce a serial thermocouple inertia compensator (KIT) with the transfer function:
, ,
где Kк - коэффициент передачи КИТ;where K to - the transmission coefficient of the CIT;
Тт - постоянная времени КИТ;T t - time constant KIT;
τк<<Тк.τ to << T to .
Тогда передаточная функция всего измерителя температуры:Then the transfer function of the entire temperature meter:
, ,
где Kи=KтKк.where K and = K t K k .
При компенсации динамической погрешности термопары, близкой к идеальнойWhen compensating for the dynamic error of the thermocouple close to ideal
(Тк=Тт), получим(T to = T t ), we obtain
где Kи - коэффициент передачи измерителя;where K and - meter transfer coefficient;
τк - постоянная времени КИТ.τ to - the time constant of the CIT.
В других случаях будет или недокомпенсация (Тк<Тт), или перекомпенсация (Тк>Тт), причем недокомпенсация приводит к забросу температуры газа, а перекомпенсация - к недобору тяги в замкнутой САУ ГТД во время переходных процессов.In other cases, there will be either undercompensation (T k <T t ), or overcompensation (T k > T t ), and undercompensation leads to an overflow of gas temperature, and overcompensation leads to undersupply of thrust in a closed gas turbine self-propelled gun during transient processes.
Выполнение условия (1) на различных режимах ГТД и при разных условиях полета возможно только за счет изменения Тк в самонастраивающемся измерителе температуры газа.The fulfillment of condition (1) at various gas-turbine engine modes and under different flight conditions is possible only due to a change in Т к in a self-tuning gas temperature meter.
При построении самонастраивающихся измерителей температуры газа используются косвенные измерения различных параметров ГТД.When constructing self-tuning gas temperature meters, indirect measurements of various gas-turbine engine parameters are used.
Рассмотрим самонастраивающееся устройство для измерения быстроизменяющихся параметров [Кудрявцев А.В., Шаймарданов Ф.А., Фрид А.И., Рыжов И.Д. Самонастраивающееся устройство для измерения быстроизменяющихся температур, Авторское свидетельство №1122904].Consider a self-adjusting device for measuring rapidly changing parameters [Kudryavtsev A.V., Shaimardanov F.A., Frid A.I., Ryzhov I.D. Self-adjusting device for measuring rapidly changing temperatures, Copyright certificate No. 1122904].
Устройство содержит последовательно соединенные термопреобразователь 1, второй сумматор 9, первый дифференциатор 2, первый блок 3 умножения, первый сумматор 4, второй вход которого соединен с выходом второго сумматора 9, выходом которого является значение ( - значение температуры на выходе корректирующего звена), последовательно соединенные блок 7 косвенного определения температуры, блок 5 сравнения, вторым входом которого является выходное значение с первого сумматора 4, второй дифференциатор 10, второй блок 11 умножения, второй вход которого является выходом первого дифференциатора 2, интегрирующий усилитель 6, выход которого подключен ко второму входу первого блока умножения 3, последовательно соединенные фильтр 8, входом которого является выход второго дифференциатора 10, выход которого подключен ко второму входу второго сумматора 9.The device comprises a series-connected
Устройство формирует значение Tk по закону:The device generates a value of T k according to the law:
где λ - постоянная величина;where λ is a constant value;
- производная по времени сигнала на выходе термопреобразователя; - time derivative of the signal at the output of the thermal converter;
- производная величины , где - значение сигнала, вырабатываемого блоком косвенного определения температуры. - derivative of the quantity where - the value of the signal generated by the indirect temperature determination unit.
Блок сравнения 5 по сигналам с выхода блока 7 косвенного определения температуры и выхода сумматора 4, который является одновременно и выходом устройства, формирует сигнал рассогласовании . После дифференцирования во втором дифференциаторе 10 сигнал умножается в блоке 11 на сигнал , поступающий с выхода дифференциатора 2, и далее поступает на вход интегрирующего усилителя 6 с коэффициентом усиления λ. С выхода усилителя 6 сигнал Tk, пропорциональный величине (2), подается на вход блока 3 умножения, при этом постоянная времени корректирующего звена устанавливается равной постоянной времени термопреобразователя.
Выходной сигнал формируется сумматором 4 по сигналам с выхода первого блока 3 умножения и с выхода второго сумматора 9.Output signal formed by the
При использовании устройства для измерения температуры газа ГТД в системе автоматического регулирования заброс по температуре газа уменьшается почти в 3 раза, что позволяет более точно выходить на установившийся режим работы ГТД [Кудрявцев А.В., Шаймарданов Ф.А., Фрид А.И., Рыжов И.Д. Самонастраивающееся устройство для измерения быстроизменяющихся температур, Авторское свидетельство №1122904].When using a device for measuring the gas temperature of a gas turbine engine in an automatic control system, the casting over the gas temperature decreases almost 3 times, which makes it possible to more accurately reach the steady state gas turbine engine operation [Kudryavtsev A.V., Shaimardanov F.A., Frid A.I. , Ryzhov I.D. Self-adjusting device for measuring rapidly changing temperatures, Copyright certificate No. 1122904].
Наиболее близким по достигаемому техническому результату, выбранным за ближайший аналог является самонастраивающийся измеритель температуры газа ГТД, построенный по принципу замкнутых самонастраивающихся систем (СНС) с эталонной моделью, где в качестве эталонной модели используется модель ГТД по каналу температуры газа ; ДТ - датчик температуры; Д - дифференциатор; БУ - блок умножения; НП - нелинейный преобразователь; И - интегратор. [Петунин В.И. Определение температуры газа ГТД с помощью косвенных измерений // Изв. вузов. Авиационная техника. 2008. №1. - С. 51-55]. В предложенной схеме используется МТ-модель температуры газа, описываемая, например, в [Гуревич О.С., Гольберг Ф.Д. Интегрированное управление силовой установкой многорежимного самолета / О.С. Гуревич, Ф.Д. Гольберг, О.Д. Селиванов. Под общ. ред. О.С. Гуревича. - М.: Машиностроение, 1994. - 304 с.].The closest technical result achieved, chosen for the closest analogue, is a self-tuning gas temperature meter of a gas turbine engine built on the principle of closed self-tuning systems (SSS) with a reference model, where a gas-temperature gas channel model is used as a reference model ; DT - temperature sensor; D - differentiator; BU - multiplication block; NP - non-linear converter; And - an integrator. [Petunin V.I. Determination of gas temperature of a gas turbine engine using indirect measurements // Izv. universities. Aircraft technology. 2008. No. 1. - S. 51-55]. The proposed scheme uses the MT-model of gas temperature, described, for example, in [Gurevich OS, Golberg F.D. Integrated control of the power plant of a multi-mode aircraft / OS. Gurevich, F.D. Golberg, O.D. Selivanov. Under the total. ed. O.S. Gurevich. - M.: Mechanical Engineering, 1994. - 304 p.].
Для данного измерителя используется следующий алгоритм цепи самонастройки:The following self-tuning circuit algorithm is used for this meter:
Для повышения динамической точности измерителя в рассмотренной СНС наряду с замкнутым контуром самонастройки используется также разомкнутый контур самонастройки постоянной времени корректирующего звена по частоте вращения ротора высокого давления n2 (через НП, в соответствии с зависимостью Tк1 от n2, получается приближенное значение постоянной времени корректирующего звена Tк1). Более точная подстройка постоянной времени корректирующего звена Tк осуществляется с помощью постоянной времени Tк2 в контуре подстройки, т.е. постоянная времени корректирующего звена является суммой двух значений Тк=Tк1+Tк2.In order to increase the dynamic accuracy of the meter in the considered SNA, along with a closed loop of self-tuning, an open loop of self-tuning of the correcting link time constant by the high-pressure rotor speed n 2 is also used (through the NP, in accordance with the dependence of T к1 on n 2 , an approximate value of the correcting link T K1 ). A more accurate adjustment of the time constant of the correction link T k is carried out using the time constant T k2 in the tuning loop, i.e. the time constant of the corrective link is the sum of two values of T to = T to1 + T to2 .
Недостатком рассматриваемых измерителей температуры газа ГТД [Кудрявцев А.В., Шаймарданов Ф.А., Фрид А.И., Рыжов И.Д. Самонастраивающееся устройство для измерения быстроизменяющихся температур, Авторское свидетельство №1122904, Петунин В.И. Определение температуры газа ГТД с помощью косвенных измерений // Изв. вузов. Авиационная техника. 2008. №1. - С. 51-55, рисунок 1] является низкая помехоустойчивость, так как наличие двух дифференциаторов приводит к возникновению дополнительных помех в схемах.The disadvantage of the considered gas temperature gauges GTD [Kudryavtsev A.V., Shaimardanov F.A., Frid A.I., Ryzhov I.D. Self-adjusting device for measuring rapidly changing temperatures, Copyright certificate No. 1122904, V. Petunin Determination of gas temperature of a gas turbine engine using indirect measurements // Izv. universities. Aircraft technology. 2008. No. 1. - S. 51-55, Figure 1] is low noise immunity, since the presence of two differentiators leads to additional interference in the circuits.
В качестве прототипа рассмотрим измеритель [Петунии В.И. Определение температуры газа ГТД с помощью косвенных измерений // Изв. вузов. Авиационная техника. 2008. №1. - С. 51-55, рисунок 1].As a prototype, consider the meter [V. Petunia Determination of gas temperature of a gas turbine engine using indirect measurements // Izv. universities. Aircraft technology. 2008. No. 1. - S. 51-55, figure 1].
Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является построение такого измерителя, который не уступает по качеству переходных процессов аналогичным измерителям температуры газа ГТД, но обладает более высокой помехоустойчивостью, чем известные аналоги.The task to which the claimed invention is directed is to build such a meter that is not inferior in quality of transients to similar gas temperature meters of a gas turbine engine, but has a higher noise immunity than known analogues.
Техническим результатом является повышение помехоустойчивости измерителя температуры газа ГТД.The technical result is to increase the noise immunity of a gas temperature meter of a gas turbine engine.
Решение поставленной задачи и технический результат достигаются тем, что в помехоустойчивом самонастраивающемся измерителе температуры газа газотурбинного двигателя, содержащем последовательно соединенные датчик температуры газа, дифференциатор, первый блок умножения и первый сумматор, второй вход которого соединен с выходом датчика температуры газа, последовательно соединенные датчик частоты вращения ротора высокого давления, блок нелинейных преобразований и второй сумматор, выход которого подключен ко второму входу первого блока умножения, последовательно соединенные датчик частоты вращения ротора низкого давления, модель температуры газа, элемент сравнения, второй блок умножения и интегратор, выход датчика частоты вращения ротора высокого давления подключен ко второму входу модели температуры газа, выход датчика температуры окружающей среды подключен к третьему входу модели температуры газа, выход датчика давления окружающей среды подключен к четвертому входу модели температуры газа, выход первого сумматора подключен ко второму входу элемента сравнения, в отличие от прототипа дополнительно введены первое пропорциональное звено, вход которого соединен с выходом дифференциатора, а выход подключен ко второму входу второго блока умножения, последовательно соединенные второе пропорциональное звено, вход которого соединен с выходом второго блока умножения и третий сумматор, второй вход которого соединен с выходом интегратора, а выход подключен ко второму входу второго сумматора.The solution of this problem and the technical result are achieved by the fact that in a noise-free self-adjusting gas temperature meter of a gas turbine engine containing a gas temperature sensor, a differentiator, a first multiplication unit and a first adder, the second input of which is connected to the gas temperature sensor output, and a rotation speed sensor is connected in series high pressure rotor, non-linear transformation unit and a second adder, the output of which is connected to the second input of the first unit multiplication, series-connected low-pressure rotor speed sensor, gas temperature model, comparison element, second multiplication unit and integrator, high-pressure rotor speed sensor output connected to the second input of the gas temperature model, the ambient temperature sensor output connected to the third model input gas temperature, the output of the ambient pressure sensor is connected to the fourth input of the gas temperature model, the output of the first adder is connected to the second input of the comparison element , in contrast to the prototype, the first proportional link is added, the input of which is connected to the output of the differentiator, and the output is connected to the second input of the second multiplication unit, the second proportional link is connected in series, the input of which is connected to the output of the second multiplication unit and the third adder, the second input of which is connected with the output of the integrator, and the output is connected to the second input of the second adder.
Существо схемы поясняется чертежами. The essence of the scheme is illustrated by drawings.
На фиг. 1 представлена блок-схема измерителя температуры газа газотурбинного двигателя; на фиг. 2, фиг. 3 - результаты моделирования переходных процессов прототипа и предлагаемого измерителя при различных постоянных времени термопары (Tт=5 с на фиг. 2 и Tт=1 с на фиг. 3). Из фиг. 2, фиг. 3 видно, что схема предложенного измерителя температуры газа не уступает прототипу по качеству переходных процессов. На фиг. 4, фиг. 5 представлены результаты моделирования тех же двух измерителей при наличии помех, из которых видны преимущества предложенной схемы.In FIG. 1 shows a block diagram of a gas temperature meter for a gas turbine engine; in FIG. 2, FIG. 3 - simulation results of transients of the prototype and the proposed meter at various time constants of the thermocouple (T t = 5 s in Fig. 2 and T t = 1 s in Fig. 3). From FIG. 2, FIG. 3 shows that the circuit of the proposed gas temperature meter is not inferior to the prototype in terms of the quality of transients. In FIG. 4, FIG. Figure 5 presents the simulation results of the same two meters in the presence of interference, from which the advantages of the proposed scheme are visible.
Помехоустойчивый самонастраивающийся измеритель температуры газа газотурбинного двигателя, содержащий последовательно соединенные датчик температуры газа (1), дифференциатор (2), первый блок умножения (3) и первый сумматор (4), последовательно соединенные датчик частоты вращения ротора высокого давления (5), блок нелинейных преобразований (6) и второй сумматор (7), выход которого подключен ко второму входу первого блока умножения (3), последовательно соединенные датчик частоты вращения ротора низкого давления (8), модель температуры газа (9), элемент сравнения (10), второй блок умножения (11) и интегратор (12), выход датчика частоты вращения ротора высокого давления (5) подключен ко второму входу модели температуры газа (9), выход датчика температуры окружающей среды (13) подключен к третьему входу модели температуры газа (9), выход датчика давления окружающей среды (14) подключен к четвертому входу модели температуры газа (9), выход первого сумматора (4) подключен ко второму входу элемента сравнения (10), отличающийся тем, что дополнительно содержит первое пропорциональное звено (15), вход которого соединен с выходом дифференциатора (2), а выход подключен ко второму входу второго блока умножения (11), последовательно соединенные второе пропорциональное звено (16), вход которого соединен с выходом второго блока умножения (11), и третий сумматор (17), второй вход которого соединен с выходом интегратора (12), а выход подключен ко второму входу второго сумматора (7).A noise-resistant self-tuning gas temperature meter for a gas turbine engine containing a gas temperature sensor (1), a differentiator (2), a first multiplication unit (3) and a first adder (4), a series-connected high-speed rotor speed sensor (5), a nonlinear block transformations (6) and the second adder (7), the output of which is connected to the second input of the first multiplication unit (3), the low-pressure rotor speed sensor (8) connected in series, the gas temperature model (9), electric comparison point (10), the second multiplication unit (11) and the integrator (12), the output of the high-pressure rotor speed sensor (5) is connected to the second input of the gas temperature model (9), the output of the ambient temperature sensor (13) is connected to the third the input of the gas temperature model (9), the output of the ambient pressure sensor (14) is connected to the fourth input of the gas temperature model (9), the output of the first adder (4) is connected to the second input of the comparison element (10), characterized in that it further comprises the first proportional link (15), the input of which о is connected to the output of the differentiator (2), and the output is connected to the second input of the second multiplication unit (11), the second proportional link (16) connected in series, the input of which is connected to the output of the second multiplication unit (11), and the third adder (17), the second input of which is connected to the output of the integrator (12), and the output is connected to the second input of the second adder (7).
Предложенный измеритель температуры газа газотурбинного двигателя работает следующим образом. Рассмотрим промежуточную точку а (фиг. 1)The proposed gas temperature meter gas turbine engine operates as follows. Consider the intermediate point a (Fig. 1)
, ,
гдеWhere
ε - рассогласование, равное ;ε is a mismatch equal to ;
k1 - коэффициент усиления первого пропорционального звена;k 1 - gain of the first proportional link;
- значение температуры на выходе термопары. - the temperature value at the output of the thermocouple.
Тогда на выходе третьего сумматора получаем следующее:Then at the output of the third adder we get the following:
, ,
гдеWhere
k2 - коэффициент усиления интегратора;k 2 is the gain of the integrator;
k3 - коэффициент усиления второго пропорционального звена.k 3 - gain of the second proportional link.
Таким образом, на выходе первого сумматора получаем выражение:Thus, at the output of the first adder, we obtain the expression:
; ;
; ;
, ,
гдеWhere
Тк1 - значение постоянной времени корректирующего звена, полученное схемой разомкнутой коррекции.T k1 - the value of the time constant of the correction link obtained by the open correction circuit.
На выходе корректирующего контура сформировано управление значением постоянной времени корректирующего звена:At the output of the correction loop, the control of the value of the time constant of the correction link is formed:
; ;
Алгоритм цепи самонастройки:Self-tuning circuit algorithm:
Так как заявляемая схема измерителя температуры газа ГТД использует только одно дифференцирующее устройство и изодромное звено в контуре самонастройки, она является более помехоустойчивой.Since the inventive gas temperature meter circuit of a gas turbine engine uses only one differentiating device and an isodromic link in the self-tuning circuit, it is more noise-resistant.
Рассмотрим предложенную схему и прототип измерителя температуры газа ГТД, с точки зрения влияния помех, возникающих на выходе дифференциатора. Пусть в предложенной схеме на выходе дифференциатора возникают помехи ƒ1. В прототипе [Петунин В.И. Определение температуры газа ГТД с помощью косвенных измерений // Изв. вузов. Авиационная техника. 2008. №1. - С. 51-55] используется два дифференциатора, поэтому на выходе первого дифференциатора возникают помехи ƒ1, на выходе второго дифференциатора помехи ƒ2, описываемые равномерным законом распределения, с математическим ожиданием, равным 0, и дисперсией 0,01. При рассмотрении предполагается, что и . Получим выражения для значения в обоих измерителях.Consider the proposed scheme and the prototype of the gas turbine gas temperature meter, from the point of view of the influence of interference arising at the output of the differentiator. Let interference ƒ 1 occur at the output of the differentiator in the proposed circuit. In the prototype [Petunin V.I. Determination of gas temperature of a gas turbine engine using indirect measurements // Izv. universities. Aircraft technology. 2008. No. 1. - P. 51-55] uses two differentiator, so the output of the first differentiator interference occurs ƒ 1, the output of the second differentiator interference ƒ 2 described uniform distribution law, with a mean of 0 and a variance of 0.01. In consideration, it is assumed that and . Get the expressions for the value in both meters.
Выражение для значения в прототипе выглядит следующим образом:Expression for value in the prototype is as follows:
Линеаризуем выражение (5):We linearize expression (5):
гдеWhere
- базовое значение помех на выходе первого дифференциатора; - the base value of the interference at the output of the first differentiator;
Δƒ1 - отклонение значения помех от базового значения на выходе первого дифференциатора;Δƒ 1 is the deviation of the interference value from the base value at the output of the first differentiator;
- базовое значение постоянной времени термопары в замкнутом контуре самонастройки; - the basic value of the thermocouple time constant in a closed loop of self-tuning;
ΔTк2 - отклонение величины постоянной времени термопары от базового значения в замкнутом контуре самонастройки.ΔT k2 - deviation of the value of the thermocouple time constant from the base value in a closed loop of self-tuning.
Выражение для значения Tк2 выглядит следующим образом:The expression for the value of T k2 is as follows:
. .
После линеаризации:After linearization:
гдеWhere
ε0 - базовое значение величины ε;ε 0 is the base value of ε;
Δε - отклонение значения величины ε от базового значения;Δε is the deviation of the value of ε from the base value;
- базовое значение помех на выходе второго дифференциатора; - the base value of the interference at the output of the second differentiator;
Δƒ2 - отклонение значения помех от базового значения на выходе второго дифференциатора.Δƒ 2 is the deviation of the interference value from the base value at the output of the second differentiator.
Запишем выражение (7) с помощью преобразования Лапласа.We write expression (7) using the Laplace transform.
гдеWhere
p - оператор дифференцирования.p is the differentiation operator.
Подставим выражение (8) в (6):We substitute expression (8) into (6):
. .
Так как и , то ε0=0, и .As and , then ε 0 = 0, and .
Получим следующее выражение для :We get the following expression for :
, ,
. .
Тогда Then
Выражение (9) описывает влияние помех на выходной сигнал в прототипе.Expression (9) describes the effect of interference on the output signal in the prototype.
Аналогичным образом получим выражение для значения в предложенной схеме:Similarly, we get the expression for the value in the proposed scheme:
Линеаризуем выражение (10) и получим выражение (11):We linearize expression (10) and obtain expression (11):
гдеWhere
- базовое значение помех на выходе дифференциатора; - the base value of the interference at the output of the differentiator;
Δƒ1 - отклонение значения помех от базового значения на выходе дифференциатора;Δƒ 1 - deviation of the interference value from the base value at the output of the differentiator;
- базовое значение постоянной времени термопары в замкнутом контуре самонастройки; - the basic value of the thermocouple time constant in a closed loop of self-tuning;
ΔTк2 - отклонение величины постоянной времени термопары от базового значения в замкнутом контуре самонастройки.ΔT k2 - deviation of the value of the thermocouple time constant from the base value in a closed loop of self-tuning.
Выражение для значения ΔTк2 выглядит следующим образом:The expression for the value ΔT k2 is as follows:
, ,
, ,
гдеWhere
ε0 - базовое значение величины ε;ε 0 is the base value of ε;
Δε - отклонение значения величины ε от базового значения.Δε is the deviation of the value of ε from the base value.
Так как рассматривается поведение системы «в малом», то заменим интеграл величиной , где p - оператор преобразования Лапласа.Since the behavior of the system “in the small” is considered, we replace the integral with , where p is the Laplace transform operator.
Подставим выражение (12) в (11):We substitute expression (12) into (11):
. .
Так как и , то ε0=0, и .As and , then ε 0 = 0, and .
Получим следующее выражение для :We get the following expression for :
, ,
. .
Тогда Then
При увеличении значения коэффициента k3 величиной можно пренебречь на высоких частотах (характерных для помех), тогда выражение для (13) упростится до (14):With an increase in the coefficient k 3 value can be neglected at high frequencies (characteristic of interference), then the expression for (13) simplifies to (14):
Выражение (14) описывает влияние помех на выходе дифференциатора на выходной сигнал в предложенной схеме.Expression (14) describes the effect of noise at the output of the differentiator on the output signal in the proposed scheme.
Из сравнения (9) и (13) видно, что в предложенной схеме, чем больше значение коэффициентов k1 и k3, тем сильнее подавляется помеха, т.е. тем больше помехоустойчивость в сравнении с прототипом.From a comparison of (9) and (13), it can be seen that in the proposed scheme, the larger the values of the coefficients k 1 and k 3 , the more noise is suppressed, i.e. the greater the noise immunity in comparison with the prototype.
На фиг. 2, фиг. 3 показаны переходные процессы при единичном скачке температуры газа в прототипе и предлагаемом измерителе температуры газа ГТД, при постоянной времени термопары, равной Tт=5 с и Tт=1 с, из которых видно, что качество переходных процессов предлагаемой схемы измерителя не уступает качеству прототипа. Кривая 1 - переходный процесс на выходе измерителя, соответствующий схеме [Петунин В.И. Определение температуры газа ГТД с помощью косвенных измерений // Изв. вузов. Авиационная техника. 2008. №1. - С. 51-55]. Кривая 2 - переходный процесс на выходе измерителя, соответствующий предложенной схеме. Выход на заданное значение двух измерителей практически одинаковый. На установившемся режиме кривые 1 и 2 ведут себя тоже примерно одинаково.In FIG. 2, FIG. Figure 3 shows the transients with a single jump in gas temperature in the prototype and the proposed gas temperature meter of the gas turbine engine, with a thermocouple time constant equal to T t = 5 s and T t = 1 s, from which it is clear that the quality of the transients of the proposed meter circuit is not inferior to the quality prototype. Curve 1 - transient at the meter output, corresponding to the circuit [V. Petunin Determination of gas temperature of a gas turbine engine using indirect measurements // Izv. universities. Aircraft technology. 2008. No. 1. - S. 51-55]. Curve 2 - transient at the output of the meter, corresponding to the proposed scheme. The output to the set value of the two meters is almost the same. In steady state, curves 1 and 2 also behave approximately the same.
На фиг. 4, фиг. 5 представлены результаты моделирования тех же измерителей при наличии помех, из которых видно, что предложенная схема обладает большей помехоустойчивостью, чем прототип. По кривым видно, что при воздействии помех, наиболее помехоустойчивой является предлагаемая схема (кривая 2) при постоянной времени термопары, равной Tт=5 с и Тт=1 с. In FIG. 4, FIG. 5 presents the simulation results of the same meters in the presence of interference, from which it is clear that the proposed circuit has greater noise immunity than the prototype. The curves show that under the influence of interference, the proposed scheme (curve 2) is the most noise-resistant at a thermocouple time constant equal to T t = 5 s and T t = 1 s.
ЗаключениеConclusion
Таким образом, в предлагаемом измерителе, вместо двух дифференциаторов (см. прототип), используется только один дифференциатор совместно с изодромным звеном в контуре самонастройки. В результате снижается уровень помех в предлагаемом измерителе и, как следствие, повышается помехоустойчивость измерителя в целом.Thus, in the proposed meter, instead of two differentiators (see prototype), only one differentiator is used together with the isodromic link in the self-tuning circuit. As a result, the level of interference in the proposed meter is reduced and, as a result, the noise immunity of the meter as a whole is increased.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2015108011/06A RU2601712C2 (en) | 2015-03-06 | 2015-03-06 | Noise-immune self-tuning of gas turbine engine gas temperature meter |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2015108011/06A RU2601712C2 (en) | 2015-03-06 | 2015-03-06 | Noise-immune self-tuning of gas turbine engine gas temperature meter |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2015108011A RU2015108011A (en) | 2016-09-27 |
RU2601712C2 true RU2601712C2 (en) | 2016-11-10 |
Family
ID=57018323
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2015108011/06A RU2601712C2 (en) | 2015-03-06 | 2015-03-06 | Noise-immune self-tuning of gas turbine engine gas temperature meter |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2601712C2 (en) |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU1122904A1 (en) * | 1982-11-04 | 1984-11-07 | Уфимский авиационный институт им.Орджоникидзе | Self-adjusting device for measuring rapidly changing temperatures |
GB2228977A (en) * | 1985-08-02 | 1990-09-12 | Lucas Ind Plc | Running control for a gas turbine engine |
US6568166B2 (en) * | 2000-12-22 | 2003-05-27 | Pratt & Whitney Canada Corp. | Back-up control apparatus for turbo machine |
RU2332581C1 (en) * | 2007-01-09 | 2008-08-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Уфимский государственный авиационный технический университет | Gas turbine engine automatic control system |
RU2446298C1 (en) * | 2010-11-23 | 2012-03-27 | Открытое акционерное общество "Уфимское научно-производственное предприятие "Молния" | Gas turbine engine acs |
-
2015
- 2015-03-06 RU RU2015108011/06A patent/RU2601712C2/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU1122904A1 (en) * | 1982-11-04 | 1984-11-07 | Уфимский авиационный институт им.Орджоникидзе | Self-adjusting device for measuring rapidly changing temperatures |
GB2228977A (en) * | 1985-08-02 | 1990-09-12 | Lucas Ind Plc | Running control for a gas turbine engine |
US6568166B2 (en) * | 2000-12-22 | 2003-05-27 | Pratt & Whitney Canada Corp. | Back-up control apparatus for turbo machine |
RU2332581C1 (en) * | 2007-01-09 | 2008-08-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Уфимский государственный авиационный технический университет | Gas turbine engine automatic control system |
RU2446298C1 (en) * | 2010-11-23 | 2012-03-27 | Открытое акционерное общество "Уфимское научно-производственное предприятие "Молния" | Gas turbine engine acs |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
ПЕТУНИН В.И. Определение температуры газа ГТД с помощью косвенных измерений, Известия вузов, Авиационная техника, N1, 2008, с.51-55. * |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2015108011A (en) | 2016-09-27 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US20230022473A1 (en) | Fuel control device, combustor, gas turbine, control method, and program | |
Copeland | The design of PID controllers using Ziegler Nichols tuning | |
US20140005909A1 (en) | Real time linearization of a component-level gas turbine engine model for model-based control | |
CN103195730B (en) | Compressor inlet adjustable guide vane is used to control the method for combustion turbine exhaustion temperature | |
JPS646481B2 (en) | ||
AU2018270018B2 (en) | Boiler combustion control system and boiler combustion control method | |
CN108828954B (en) | Climate wind tunnel self-adaptive prediction control system and control method thereof | |
WO2017044481A1 (en) | Adaptive multiple input multiple output pid control system for industrial turbines | |
RU2601712C2 (en) | Noise-immune self-tuning of gas turbine engine gas temperature meter | |
RU2587644C1 (en) | Method of measuring radial clearances between ends of impeller blades and stator shell of turbo-machine | |
RU2332581C1 (en) | Gas turbine engine automatic control system | |
RU2730568C1 (en) | Control method of gas turbine engine | |
JP5615052B2 (en) | Gas turbine plant and control method of gas turbine plant | |
US10221776B2 (en) | System and method for an engine controller based on inverse dynamics of the engine | |
JP2016023605A (en) | Fuel flow controller, combustor, gas turbine, fuel flow control method, and program | |
US10323965B2 (en) | Estimating system parameters from sensor measurements | |
JP2008157059A (en) | State quantity estimating device and angular velocity estimating device | |
JP2015102071A (en) | Fuel regulator, combustor, gas turbine, gas turbine system, fuel regulator control method, and program | |
RU2617221C1 (en) | Gas temperature meter of gas turbine engine | |
RU2584925C1 (en) | Feedback system | |
JP4709687B2 (en) | Fuel gas calorie control device for gas turbine | |
Zhmud et al. | Automatic identification of controlled objects | |
Petunin et al. | Development of requirements for accuracy of inertia compensation in gas temperature control loop of gas turbine engine control systems with a channel selector | |
RU2448354C1 (en) | Regulator | |
RU2319026C1 (en) | Gas-turbine engine automatic control system |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20170307 |