RU2614232C2 - Control method of adjustable-blade turbine impeller by servomotor - Google Patents
Control method of adjustable-blade turbine impeller by servomotor Download PDFInfo
- Publication number
- RU2614232C2 RU2614232C2 RU2014112488A RU2014112488A RU2614232C2 RU 2614232 C2 RU2614232 C2 RU 2614232C2 RU 2014112488 A RU2014112488 A RU 2014112488A RU 2014112488 A RU2014112488 A RU 2014112488A RU 2614232 C2 RU2614232 C2 RU 2614232C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- servomotor
- signal
- spool
- main
- impeller
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- F03B—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS
- F03B15/00—Controlling
- F03B15/02—Controlling by varying liquid flow
- F03B15/04—Controlling by varying liquid flow of turbines
- F03B15/06—Regulating, i.e. acting automatically
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/20—Hydro energy
Abstract
Description
Область техникиTechnical field
Изобретение относится к области гидроэнергетики и может быть использовано в системах управления гидроагрегатов, установленных на равнинных реках при малых перепадах уровней, а именно поворотно-лопастных гидроагрегатов на низконапорных ГЭС.The invention relates to the field of hydropower and can be used in control systems for hydraulic units installed on flat rivers at small level differences, namely, rotary-blade hydraulic units at low-pressure hydroelectric power stations.
На низконапорных ГЭС в европейской части России широкое распространение получили поворотно-лопастные гидравлические турбины. Эти турбины имеют встроенный в рабочее колесо гидравлический главный сервомотор, изменяющий угол разворота лопастей рабочего колеса в зависимости от открытия направляющего аппарата и напора. Согласованное управление открытием направляющего аппарата и углом установки лопастей рабочего колеса обеспечивает достижение высокого КПД агрегата в широком диапазоне нагрузок.At low-pressure hydropower plants in the European part of Russia, rotary lobe hydraulic turbines are widely used. These turbines have a hydraulic main servomotor integrated in the impeller, which changes the angle of rotation of the impeller blades depending on the opening of the guide apparatus and pressure. Coordinated control of the opening of the guide vane and the angle of installation of the impeller blades ensures the achievement of high efficiency of the unit in a wide range of loads.
В ПромАвтоматика. Готовые решения. ЭГР-ГМЧ. http://www.pa.ru [1] описаны электро(нно)-гидравлические системы управления, в которых вспомогательный сервомотор, жестко соединенный с главным золотником, и главный сервомотор оснащаются датчиками положения. Формирование управляющего воздействия осуществляется электронным управляющим устройством, в состав которого входят два элемента рассогласования, выявляющие величину и знак отклонения между сигналами задатчиков положений главного и вспомогательного сервомоторов и датчиков их положений. Усилители с настраиваемыми коэффициентами усиления, позволяют получить необходимую точность установки главного сервомотора в соответствии с сигналом задатчика положения, а также обеспечить необходимые динамические характеристики системы управления углом разворота лопастей. Величина смещения главного золотника от среднего положения задается непрерывно изменяющимся выходным сигналом усилителя рассогласования. Пропорциональное величине смещения открытие окон главного золотника определяет скорость движения сервомотора рабочего колеса. Знак величины смещения задает направление движения на увеличение или уменьшение угла разворота лопастей. Усилитель может формировать как пропорциональный, так и более сложные, например пропорционально-интегрирующий и пропорционально-интегрально-дифференцирующий, законы управления положением главного золотника.In PromAutomatics. Ready-made solutions. EGR-GMC. http://www.pa.ru [1] describes electro (nno) -hydraulic control systems in which an auxiliary servomotor rigidly connected to the main spool and the main servomotor are equipped with position sensors. The formation of the control action is carried out by an electronic control device, which includes two elements of the mismatch, detecting the magnitude and sign of the deviation between the signals of the positioners of the main and auxiliary servomotors and sensors of their positions. Amplifiers with adjustable gain factors make it possible to obtain the required accuracy of installation of the main servomotor in accordance with the signal of the positioner, as well as provide the necessary dynamic characteristics of the blade rotation angle control system. The displacement of the main spool from the middle position is set by a continuously changing output signal of the mismatch amplifier. Proportional to the magnitude of the displacement, the opening of the main spool windows determines the speed of movement of the impeller servomotor. The sign of the offset value sets the direction of movement to increase or decrease the angle of rotation of the blades. The amplifier can form both proportional and more complex, for example proportional-integrating and proportionally-integral-differentiating, laws for controlling the position of the main spool.
Описанный выше и широко применяемый для управления углом разворота лопастей электрогидравлический привод с линейными законами управления для малых величин отклонения главного сервомотора от установившегося состояния обладает одной специфической особенностью.The electro-hydraulic drive described above and widely used to control the angle of rotation of the blades with linear control laws for small deviations of the main servomotor from the steady state has one specific feature.
Эта особенность обусловлена двумя факторами:This feature is due to two factors:
- передачей рабочей жидкости через специальные маслопроводы, имеющие подвижные уплотнения (необходимость подачи масла к сервомотору, находящемуся внутри вращающегося рабочего колеса турбины) и сопряженные с этим относительно большие утечки рабочего масла;- transfer of the working fluid through special oil pipelines having movable seals (the need for oil supply to the servomotor located inside the rotating impeller of the turbine) and the relatively large leakages of the working oil associated with this;
- необходимость преодоления гидродинамических сил, действующих на лопасти, и обусловленных ими значительных сил трения в цапфах лопастей, что требует больших перестановочных усилий.- the need to overcome the hydrodynamic forces acting on the blades, and the resulting significant friction forces in the trunnions of the blades, which requires large permutation forces.
Если приведенные к поршню главного сервомотора силы сопротивления движению велики, то при его движении перепад давления на поршне уравновешивает эти силы. Избыточный перепад давления, обеспечиваемый маслонапорной установкой, тратится на преодоление гидравлических сопротивлений подводящих масло трубопроводов и компенсацию потерь давления в окнах главного золотника. Часть масла, протекающая через его окна, минуя полости сервомотора, проходит в утечки через упомянутые подвижные уплотнения. Как только окна золотника прикроются настолько, что расход через них уменьшится до величины, при которой он будет вызывать на гидравлическом сопротивлении утечки недостаточный для движения сервомотора перепад давления, сервомотор остановится, и окна золотника останутся открытыми. Это остаточное открытие не зависит от коэффициента усиления сигнала рассогласования между заданием положения сервомотора лопастей и сигналом датчика его истинного положения. Отработка задания может быть выполнена с высокой точностью, однако остановка сервомотора будет происходить при одной и той же степени открытия окон золотника. Наличие утечки масла приводит к увеличению продолжительности включения насосов для подкачки масла в аккумулятор. Из-за повышенной частоты циркуляции масла в системе оно перегревается, что уменьшает его вязкость, увеличивает утечки и в свою очередь приводит к еще большему увеличению продолжительности включения насосов. При превышении температурой масла выше установленных поставщиком пределов, работа агрегата невозможна и его останавливают. Утечки масла в системе гидропривода сервомотора рабочего колеса понижают надежность энергоснабжения из-за возможности аварийной остановки агрегата при перегреве масла и вызывают повышенные затраты энергии в маслонапорной установке МНУ из-за необходимости постоянной подкачки масла в аккумулятор, а также приводят к повышенному износу оборудования МНУ. Для поддержания температуры в системах рабочего масла гидравлических турбин приходиться предусматривать маслоохладители, что также связано с ухудшением экономичности машины и усложнением ее вспомогательных систем.If the forces of resistance to movement brought to the piston of the main servomotor are large, then during its movement the pressure drop across the piston balances these forces. The excess pressure drop provided by the oil pressure installation is spent on overcoming the hydraulic resistance of the oil supply pipelines and compensating for pressure losses in the windows of the main spool. Part of the oil flowing through its windows, bypassing the servomotor cavities, passes into the leaks through the said movable seals. As soon as the spool windows are closed so that the flow through them decreases to a value at which it will cause insufficient pressure drop on the hydraulic resistance of the servo, the servomotor will stop and the spool windows will remain open. This residual opening does not depend on the gain of the mismatch signal between setting the position of the blade servomotor and the sensor signal of its true position. Testing the task can be performed with high accuracy, however, the servomotor will stop at the same degree of opening the spool windows. The presence of oil leakage leads to an increase in the duration of the inclusion of pumps for pumping oil into the battery. Due to the increased frequency of oil circulation in the system, it overheats, which reduces its viscosity, increases leakage and, in turn, leads to an even greater increase in the duration of the pump on. If the oil temperature exceeds the limits set by the supplier, the operation of the unit is impossible and it is stopped. Oil leaks in the hydraulic system of the impeller servomotor reduce the reliability of power supply due to the possibility of an emergency stop of the unit when the oil overheats and cause increased energy costs in the oil pressure unit of the MNU due to the need for constant pumping of oil into the battery, and also lead to increased wear of the equipment of the MNU. To maintain the temperature in the systems of the working oil of hydraulic turbines, oil coolers must be provided, which is also associated with a deterioration in the efficiency of the machine and the complication of its auxiliary systems.
Таким образом, проблема совершенствования способа управления сервомотором лопастей рабочего колеса для уменьшения утечек масла путем принудительного закрытия окон главного золотника при достижении сервомотором требуемого положения является актуальной.Thus, the problem of improving the method of controlling the servomotor of the impeller blades to reduce oil leakage by forcibly closing the windows of the main spool when the servomotor reaches the desired position is relevant.
Особенностью электрогидравлического привода является различная степень остаточного открытия главного золотника при остановке сервомотора рабочего колеса в зависимости от направления предшествовавшего ей движения: на уменьшение и увеличение угла разворота лопастей. Это объясняется тем, что сила трения всегда направлена против движения, и при движении сервомотора в направлении, противоположном действию гидродинамической силы, последняя складывается с силой трения, вследствие чего остановка сервомотора происходит при большей величине перепада давления на поршне, чем при движении попутно направлению действия гидродинамической силы, помогающей преодолевать действие силы трения. Следует заметить, что при принудительной установке золотника в среднее положение сила трения покоя всегда действует в направлении противоположном действию гидродинамической силы, и перепад давления, требуемый для удержания сервомотора в неподвижном положении - очень мал, мала будет и создающая этот перепад утечка масла через уплотнения. Опыт показывает, что сила трения покоя в цапфах достаточна для уравновешивания гидродинамических сил без создания перепада давления на поршне сервомотора. Поэтому полное закрытие окон золотника путем принудительной установки его в среднее положение при достижении сервомотором заданного положения приведет автоматически к исчезновению утечек.A feature of the electro-hydraulic drive is the varying degree of residual opening of the main spool when the impeller servomotor stops, depending on the direction of the movement that preceded it: to decrease and increase the angle of rotation of the blades. This is explained by the fact that the friction force is always directed against the movement, and when the servomotor moves in the opposite direction to the hydrodynamic force, the latter is added to the friction force, as a result of which the servomotor stops when the pressure drop across the piston is greater than when the hydrodynamic a force that helps to overcome the effect of friction. It should be noted that when the spool is forcedly installed in the middle position, the resting friction force always acts in the opposite direction to the hydrodynamic force, and the pressure drop required to hold the servomotor in a stationary position is very small, the oil leakage through the seals creating this drop will also be small. Experience shows that the rest friction force in the pins is sufficient to balance the hydrodynamic forces without creating a pressure drop across the servo piston. Therefore, the complete closing of the spool windows by forcibly setting it to the middle position when the servomotor reaches the set position will automatically lead to the disappearance of leaks.
Применение пропорционально-интегрирующих законов управления вместо пропорционального в контуре главной обратной связи, содержащем интегратор (сервомотор) и характеристики типа «зона нечувствительности» (перекрытия окон золотника) и «люфта» (большое трение в цапфах лопастей), приводят к возникновению низкочастотных колебаний.The use of proportional-integrating control laws instead of proportional in the main feedback loop containing an integrator (servomotor) and characteristics of the type "dead zone" (overlapping spool windows) and "backlash" (high friction in the trunnions of the blades), lead to low-frequency oscillations.
В силу сказанного, можно утверждать, что линейные методы коррекции в рассматриваемом случае не позволяют решить задачу устранения утечек через окна золотника сервомотора лопастей рабочего колеса.In view of the foregoing, it can be argued that linear correction methods in the case under consideration do not allow solving the problem of eliminating leaks through the spool windows of the servo motor of the impeller blades.
Уровень техникиState of the art
Известны способы, направленные на уменьшение утечек масла через уплотнения поршня сервомотора рабочего колеса и зазоры в маслопроводах, заключающиеся в применении дополнительных устройств, позволяющих уменьшить открытие окон главного золотника сервомотора рабочего колеса, снизив тем самым утечки масла в установившемся режиме. Эти способы используют либо изменение параметров контура управления, за счет введения дополнительных средств коррекции характеристик гидравлических элементов, либо введение дополнительных управляющих воздействий, улучшающих точность позиционирования сервомотора и тем самым уменьшающих сигнал рассогласования и открытие окон его золотника в статике.Known methods aimed at reducing oil leakage through the piston seals of the impeller servomotor and clearances in the oil lines, which include the use of additional devices to reduce the opening of the main spool of the impeller servomotor windows, thereby reducing oil leakage in the steady state. These methods either use a change in the parameters of the control loop, due to the introduction of additional means of correcting the characteristics of the hydraulic elements, or the introduction of additional control actions that improve the accuracy of positioning the servomotor and thereby reduce the error signal and open the windows of its spool in statics.
В SU 1545005 А, 23.02.1990 [2] описано устройство управления поворотно-лопастной гидротурбиной и способ его работы.SU 1545005 A, 02.23.1990 [2] describes a control device for a rotary-vane hydraulic turbine and its operation method.
Устройство управления содержит золотник сервомотора рабочего колеса с приводом, соединенным маслопроводом, с побудительным золотником, штоки которых связаны при помощи рычага, сопряженного с индикатором рассогласования. Устройство снабжено дополнительными золотником и маслопроводом с дросселем, а шток привода золотника сервомотора рабочего колеса - жестко установленной тягой, шарнирно сочлененной со штоком дополнительного золотника, связанного через дополнительный маслопровод с дросселем с приводом золотника сервомотора рабочего колесаThe control device comprises a spool of an impeller servomotor with an actuator connected by an oil line, with an induction spool, the rods of which are connected by a lever coupled to the mismatch indicator. The device is equipped with additional spool and oil pipe with a throttle, and the piston rod of the spool of the impeller servomotor has a rigidly mounted rod articulated with the rod of an additional spool connected through an additional oil pipe to the throttle with a spool actuator of the impeller
Устройство работает следующим образом. При смещении побудительного золотника, например, вниз под действием управляющего сигнала от индикатора рассогласования масло под давлением через побудительный золотник поступает в привод, в результате чего главный золотник смещается. Вместе с ним через тягу смещается вниз дополнительный золотник. При этом масло через дополнительный золотник также поступает в привод и дополняет действие побудительного золотника, что создает положительную обратную связь. Через рычаг создается отрицательная обратная связь от перемещения главного золотника к побудительному золотнику. При смещении побудительного золотника вверх под действием управляющего сигнала от индикатора рассогласования происходит слив масла из привода, что приводит к смещению главного золотника сервомотора вверх. Такое смещение золотника сервомотора рабочего колеса приводит к смещению дополнительного золотника. При этом масло через дополнительный золотник также сливается из привода и дополняет действие побудительного золотника, что создает положительную обратную связь. Расход масла через дополнительный золотник ограничен дросселем, поэтому его действие по созданию положительной обратной связи преобладает над отрицательной обратной связью побудительного золотника.The device operates as follows. When the motive spool is displaced, for example, downward under the action of a control signal from the mismatch indicator, pressurized oil enters the drive through the motive spool, as a result of which the main spool moves. Together with it, through the thrust, an additional spool moves down. At the same time, oil through an additional spool also enters the drive and complements the action of the induction spool, which creates a positive feedback. Through the lever, negative feedback is created from moving the main spool to the motive spool. When the motive spool is shifted up under the control signal from the mismatch indicator, oil is drained from the drive, which leads to the displacement of the main spool of the servomotor up. This displacement of the spool of the impeller servomotor leads to the displacement of the additional spool. In this case, the oil through the additional valve is also drained from the drive and complements the action of the induction valve, which creates a positive feedback. Oil consumption through the additional spool is limited by the throttle, so its action to create positive feedback prevails over the negative feedback of the induction spool.
Устройство разработано применительно к распространенным в то время гидромеханическим системам управления положением сервомотора рабочего колеса. Предложенное техническое решение не позволяет достичь цели изобретения, т.к. сводится к перераспределению усиления между индикатором*) (*) Примечание: автор изобретения употребляет термин «индикатор рассогласования», но индикатор - это показывающее устройство, в системах автоматического управления употребляется термины «усилитель рассогласования» или «выявитель рассогласования», несущие в выходном сигнале признак знака рассогласования) рассогласования и замкнутым контуром управления главным золотником, за счет ослабления коэффициента передачи в цепи обратной связи последнего, что не только не позволит решить проблему, но и приведет к необходимости существенного уменьшения коэффициента усиления по величине рассогласования, из-за увеличения постоянной времени контура управления главным золотником. Остаточное открытие его окон, в силу причин его вызывающих, останется таким же, как и до введения предлагаемого усовершенствования.The device was developed in relation to the then widely used hydromechanical systems for controlling the position of the impeller servomotor. The proposed technical solution does not allow to achieve the purpose of the invention, because it comes down to redistribution of gain between the indicator *) ( *) Note: the inventor uses the term “mismatch indicator”, but the indicator is a indicating device, in automatic control systems the terms “mismatch amplifier” or “mismatch detector” are used that carry a sign in the output signal the mismatch sign) of the mismatch and the closed control loop of the main valve, due to the weakening of the transfer coefficient in the feedback circuit of the latter, which not only does not allow It is a problem, but also lead to a need for a substantial reduction in magnitude of the gain mismatch due to the increase in the time constant of the main spool control loop. The residual opening of its windows, due to reasons causing it, will remain the same as before the introduction of the proposed improvement.
В качестве прототипа выбрано устройство, описанное в SU 985401 A1, 30.12.1982 [3].As a prototype, the device selected is described in SU 985401 A1, 12/30/1982 [3].
Устройство для управления лопастями рабочего колеса поворотно-лопастной гидротурбины содержит золотник сервомотора рабочего колеса, снабженный приводом и связанный с индикатором рассогласования, и дополнительный золотник, связанный с индикатором рассогласования и подключенный к золотнику сервомотора. Дополнительный золотник подключен к золотнику сервомотора через его привод, а сам дополнительный золотник выполнен трехпозиционным.A device for controlling the impeller blades of a rotary vane hydraulic turbine comprises a spool of an impeller servomotor equipped with a drive and connected to a mismatch indicator, and an additional spool connected to a mismatch indicator and connected to a servomotor spool. An additional spool is connected to the spool of the servomotor through its drive, and the additional spool is made three-position.
Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.
При возникновении на выходе индикатора рассогласования сигнала, превышающего предусмотренную зону нечувствительности, подается воздействие на привод, и дополнительный трехпозиционный золотник перемещается в одно из своих крайних положений. В результате привод главного золотника получает воздействие на смещение из среднего положения не только от побудительного золотника, но и от дополнительного золотника, что обеспечивает более надежное движение сервомотора в сторону перемещения лопастей рабочего колеса в предусмотренное положение. Тем самым, благодаря действию обратной связи по положению сервомотора рабочего колеса, устраняется рассогласование на выходе индикатора, и главный золотник возвращается в среднее положение, устраняя чрезмерные протечки масла.When a signal mismatch occurs at the output of the indicator, exceeding the prescribed dead band, an action is applied to the drive, and an additional three-position spool moves to one of its extreme positions. As a result, the drive of the main spool receives an effect on the displacement from the middle position not only from the motive spool, but also from the additional spool, which provides a more reliable movement of the servomotor in the direction of movement of the impeller blades to the intended position. Thus, due to the feedback action on the position of the impeller servomotor, the mismatch at the indicator output is eliminated, and the main spool returns to the middle position, eliminating excessive oil leaks.
Одновременно с возвратом в среднее положение главного золотника обратная связь возвращает в среднее положение и дополнительный трехпозиционный золотник. При достаточно малой инерционности этого золотника, малой скорости перемещения лопастей рабочего колеса и наличии некоторой зоны нечувствительности обеспечивается устойчивость процессе регулирования. Предлагаемое устройство позволяет получить более точное возвращение золотника сервомотора рабочего колеса в среднее положение и, следовательно, сокращение протечек масла в установившихся режимах.Simultaneously with the return to the middle position of the main spool, the feedback returns to the middle position and an additional three-position spool. With a sufficiently low inertia of this spool, a low speed of movement of the impeller blades and the presence of a certain dead zone, stability of the regulation process is ensured. The proposed device allows to obtain a more accurate return of the spool of the servomotor of the impeller in the middle position and, consequently, the reduction of oil leaks in steady conditions.
Однако способ, реализованный в устройстве [3], обладает рядом недостатков:However, the method implemented in the device [3], has several disadvantages:
1. при открытых окнах дополнительного золотника изменяются динамические характеристики контура управления положением главного золотника (изменяется постоянная времени сервомотора, обеспечивающая его перемещение), что может привести к потере устойчивости всей системы управления гидроприводом изменения угла установки лопастей рабочего колеса.1.with open windows of the additional spool, the dynamic characteristics of the control loop of the position of the main spool change (the time constant of the servomotor, which ensures its movement, changes), which can lead to loss of stability of the entire hydraulic control system for changing the angle of installation of the impeller blades.
2. несовпадение нулей каналов управления побудительным золотником и приводом трехпозиционного золотника может привести к неточной установке главного золотника в среднее положение и, как следствие, к появлению неконтролируемой утечке через его приоткрытые окна, а в неблагоприятных случаях, например, при больших смещениях в канале управления, даже к появлению ложных точек равновесия, когда действие импульсного канала управления уравновешивается смещением в цепи главной обратной связи, а не смещением главного золотника.2. the mismatch of the control channel zeros of the motive spool and the drive of the three-position spool can lead to an inaccurate installation of the main spool in the middle position and, as a result, to the appearance of an uncontrolled leak through its ajar windows, and in adverse cases, for example, at large displacements in the control channel, even to the appearance of false equilibrium points, when the action of the pulse control channel is balanced by the displacement in the main feedback circuit, and not by the displacement of the main spool.
Если недостаток по п. 1 приводит к ухудшению динамики параллельно работающих непрерывного и импульсного контуров управления, то недостаток по п. 2 может привести не только к появлению утечек, но и к значительному ухудшению точности отработки задания главным сервомотором.If a deficiency according to
Таким образом, предлагаемый в прототипе способ улучшения характеристик системы позиционирования сервомотора лопастей рабочего колеса, заключающийся в параллельном одновременном импульсном и линейном формировании сигнала задания смещения главного золотника, связывает настройки каналов управления, может привести к появлению большой статической ошибки, не дает возможности реализовать преимущества каждого из этих способов и не гарантирует отсутствие утечек через приоткрытые окна главного золотника в статическом состоянии привода.Thus, the method proposed in the prototype for improving the characteristics of the positioning system of the servo motor of the impeller blades, which consists in parallel simultaneous pulse and linear generation of a signal for setting the offset of the main spool, connects the settings of the control channels, can lead to the appearance of a large static error, and makes it impossible to realize the advantages of of these methods and does not guarantee the absence of leaks through the ajar windows of the main spool in the static state of the drive.
Задача изобретенияObject of the invention
Задачей предполагаемого изобретения является улучшение надежности работы привода лопастей рабочего колеса путем полного исключения возможности утечки через открытые окна главного золотника в статических режимах.The objective of the proposed invention is to improve the reliability of the drive of the impeller blades by completely eliminating the possibility of leakage through the open windows of the main spool in static modes.
Поставленная задача решается тем, что в способе управления сервомотором рабочего колеса поворотно-лопастной турбины посредством смещения главного золотника от среднего положения, включающем определение величины отклонения его текущего положения от заданного, использующим для формирования задания смещения главного золотника от среднего положения выходной сигнал импульсного трехпозиционного регулятора, входным сигналом для которого является величина упомянутого отклонения, и сигнал, пропорциональный его величине, в соответствии с изобретением формируют дополнительный сигнал, пропорциональный превышению отклонением текущего положения сервомотора от заданного некоторой величины, определяемой расчетным или экспериментальным путем в соответствии с требуемой точностью позиционирования сервомотора рабочего колеса при управлении его движением только импульсным регулятором, и используют в качестве сигнала задания смещения главного золотника от среднего положения сумму дополнительного сигнала и выходного сигнала трехпозиционного импульсного регулятора.The problem is solved in that in a method for controlling a rotor-blade turbine impeller servomotor by displacing the main spool from the middle position, including determining a deviation of its current position from the predetermined one, using the output signal of a three-position pulse regulator to generate the main spool offset from the middle position, the input signal for which is the magnitude of the aforementioned deviation, and a signal proportional to its value, in accordance with the invention generates an additional signal proportional to the deviation of the current position of the servomotor from a predetermined certain value determined by calculation or experimentally in accordance with the required accuracy of the positioning of the impeller servomotor when controlling its movement only by a pulse regulator, and is used as a signal for setting the main spool offset from the middle position the sum of the additional signal and the output signal of the three-position pulse regulator.
Таким образом, смещение главного золотника от среднего положения определяется сигналом, который является суммой двух, сформированных на основе усиленного сигнала рассогласования (разности сигнала задания положения сервомотора и датчика его положения), сигналов: дополнительного сигнала, пропорционального превышению усиленным сигналом рассогласования некоторого диапазона, содержащего нуль, и сформированного импульсным регулятором выходного сигнала фиксированной амплитуды.Thus, the displacement of the main spool from the middle position is determined by the signal, which is the sum of two generated on the basis of the amplified error signal (the difference of the signal for setting the position of the servomotor and its position sensor), signals: an additional signal proportional to the excess of the error signal of a certain range containing zero , and the output signal of a fixed amplitude generated by the pulse regulator.
Для эффективной работы импульсного регулятора необходимо, чтобы формируемый им сигнал обеспечивал движение главного сервомотора с некоторой постоянной скоростью, чем меньше эта скорость, тем, очевидно, точнее можно выполнить позиционирование. Чтобы непрерывный канал, формирующий управляющий положением золотника сигнал пропорциональный величине рассогласования «не мешал» работе импульсного регулятора позиционирования, выделяется диапазон рассогласования, в котором непрерывный сигнал должен быть равен нулю, в этом же диапазоне назначаются величины, при которых происходит установка и сброс выходных сигналов импульсного регулятора. Таким образом, канал непрерывного управления не может изменить величину смещения золотника, если рассогласование попало в диапазон формирования импульсных сигналов управления. Не возможна ситуация: управляющий сигнал импульсного регулятора равен нулю, а золотник смещен от среднего положения и его окна приоткрыты. Диапазон величины рассогласования, в котором блокируется выход непрерывного канала управления, может быть определен на основе зависимости изменения скорости сервомотора от величины смещения главного золотника от среднего положения. Этот диапазон зависит от требований к точности установки угла разворота лопастей рабочего колеса, а также - от температуры масла, определяющей скорость движения сервомотора. Выходные сигналы трехпозиционного регулятора рассогласования выбираются таким образом, чтобы главный сервомотор приближался к точке равенства нулю рассогласования с минимально возможной скоростью для того, чтобы обеспечить четкое отключение сигнала управления при нулевом значении рассогласования. Таким образом, дополнительный сигнал управления, являющийся одним из слагаемых задания положения главного золотника, пропорциональный превышению рассогласованием диапазона включения трехпозиционного регулятора, не может уменьшить абсолютную величину задания смещения главного золотника, так как знак его и знак выходного сигнала трехпозиционного регулятора всегда совпадают. Последнее гарантирует решение задачи изобретения.For the effective operation of the pulse regulator, it is necessary that the signal generated by it ensures the movement of the main servomotor with a certain constant speed, the lower this speed, the obviously more accurate positioning can be performed. In order to ensure that the continuous channel, which forms a signal proportional to the mismatch value that controls the position of the slide valve, does not “interfere” with the operation of the pulse positioning controller, a mismatch range is selected in which the continuous signal must be zero, the values at which the output signals are set and reset are pulled in the same range regulator. Thus, the continuous control channel cannot change the magnitude of the displacement of the spool if the mismatch falls within the range of formation of the pulse control signals. The situation is not possible: the control signal of the pulse regulator is zero, and the spool is offset from the middle position and its windows are ajar. The range of the mismatch in which the output of the continuous control channel is blocked can be determined based on the dependence of the change in the speed of the servomotor on the magnitude of the displacement of the main spool from the middle position. This range depends on the accuracy requirements for setting the angle of rotation of the impeller blades, and also on the oil temperature, which determines the speed of the servomotor. The output signals of the three-position mismatch controller are selected so that the main servomotor approaches the point of mismatch zero at the lowest possible speed in order to ensure a clear shutdown of the control signal at a mismatch value of zero. Thus, an additional control signal, which is one of the terms for setting the position of the main spool, proportional to exceeding the mismatch in the on-off range of the three-position controller, cannot reduce the absolute value of the task of shifting the main spool, since its sign and the sign of the output signal of the three-position controller always coincide. The latter guarantees the solution of the problem of the invention.
Изобретение иллюстрируется чертежами, на которых:The invention is illustrated by drawings, in which:
Фиг. 1 изображает функциональную структуру, реализующую предлагаемый способ.FIG. 1 depicts a functional structure that implements the proposed method.
Фиг. 2 изображает структурную схему, выполненную на элементах стандартной аналоговой обработки сигналов и реализующую предлагаемый способ управления сервомотором лопастей рабочего колеса.FIG. 2 depicts a block diagram made on the elements of standard analog signal processing and implementing the proposed method for controlling a servo motor of the impeller blades.
Фиг. 3 изображает функциональную схему реализации способа устройством, минимизирующим материальные затраты.FIG. 3 depicts a functional diagram of the implementation of the method with a device that minimizes material costs.
Фиг. 4 изображает осциллограмму, иллюстрирующую задание положения главного сервомотора, на которой по оси абсцисс показано время в секундах, по оси абсцисс изменение положения, %.FIG. 4 is an oscillogram illustrating setting the position of the main servomotor, on which the time in seconds is shown on the abscissa axis, the position change,% on the abscissa axis.
Фиг. 5 изображает осциллограмму, иллюстрирующую положение главного сервомотора, на которой по оси абсцисс показано время в секундах, по оси абсцисс относительный ход, %.FIG. 5 is a waveform illustrating the position of the main servomotor, on which the time in seconds is shown on the abscissa axis, the relative stroke,% on the abscissa axis.
Фиг. 6 изображает осциллограмму, иллюстрирующую расход, идущий на перемещение главного сервомотора, на которой по оси абсцисс показано время в секундах, по оси абсцисс относительное отклонение, %.FIG. 6 is a waveform illustrating a flow rate for moving the main servomotor, which shows time in seconds on the abscissa axis, relative deviation on the abscissa axis,%.
Фиг. 7 изображает осциллограмму, иллюстрирующую положение главного золотника, на которой по оси абсцисс показано время в секундах, по оси абсцисс относительное отклонение, %.FIG. 7 is a waveform illustrating the position of the main spool, on which the time in seconds is shown on the abscissa, and the relative deviation on the abscissa,%.
Фиг. 8 изображает осциллограмму, иллюстрирующую задание положение главного сервомотора, на которой по оси абсцисс показано время в секундах, по оси абсцисс относительная величина, %.FIG. 8 is a waveform illustrating setting the position of the main servomotor, on which the time in seconds is shown on the abscissa axis, relative value,% on the abscissa axis.
Фиг. 9 изображает осциллограмму, иллюстрирующую положение главного сервомотора, на которой по оси абсцисс показано время в секундах, по оси абсцисс относительный ход, %.FIG. 9 is a waveform illustrating the position of the main servomotor, on which the time in seconds is shown on the abscissa axis, the relative stroke,% on the abscissa axis.
Фиг. 10 изображает осциллограмму, иллюстрирующую положение главного золотника, на которой по оси абсцисс показано время в секундах, по оси абсцисс относительное отклонение, %.FIG. 10 is a waveform illustrating the position of the main spool, on which the time in seconds is shown on the abscissa, and the relative deviation on the abscissa,%.
Фиг. 11 изображает осциллограмму, иллюстрирующую расход, идущий на перемещение главного сервомотора, на которой по оси абсцисс показано время в секундах, по оси абсцисс относительное отклонение, %.FIG. 11 is a waveform illustrating a flow rate for moving the main servomotor, which shows time in seconds on the abscissa axis, relative deviation on the abscissa axis,%.
Фиг. 12 показывает графически конец переходного процесса при отработке задания при различных законах управления главным золотником, на которой по оси абсцисс показано время в секундах, по оси ординат показана ошибка отработки задания, %.FIG. 12 graphically shows the end of the transient process during task completion under various laws of controlling the main valve, on which the time in seconds is shown on the abscissa axis, the task completion error,%, is shown on the ordinate axis.
Все изображенные на фиг. 1, фиг. 2 и фиг. 3 структуры имеют необходимый для реализации электрогидравлического привода изменения угла разворота лопастей турбины набор элементов:All depicted in FIG. 1, FIG. 2 and FIG. 3 structures have a set of elements necessary for implementing an electro-hydraulic drive for changing the angle of rotation of the turbine blades:
1 - задатчик угла разворота лопастей рабочего колеса или положения его сервомотора,1 - adjuster of the angle of rotation of the blades of the impeller or the position of its servomotor,
2 - гидрораспределитель управления скоростью вспомогательного сервомотора,2 - control valve speed control auxiliary servomotor,
3 - вспомогательный сервомотор смещения главного золотника,3 - auxiliary servomotor displacement of the main spool,
4 - главный золотник,4 - main spool,
5 - сервомотор рабочего колеса,5 - impeller servomotor,
6 - механизм изменения угла разворота лопастей рабочего колеса,6 - mechanism for changing the angle of rotation of the blades of the impeller,
Σ1 - выявитель рассогласования между заданным и фактическим положением сервомотора рабочего колеса,Σ1 is a mismatch detector between the set and the actual position of the impeller servomotor,
Σ2 - выявитель рассогласования между заданным и фактическим смещением главного золотника от среднего положения,Σ2 is a mismatch detector between a given and actual displacement of the main spool from the middle position,
ДП3 - датчик положения главного золотника (вспомогательного сервомотора),DP3 - position sensor of the main spool (auxiliary servomotor),
ДП5 - датчик положения сервомотора рабочего колеса,DP5 - position sensor of the impeller servomotor,
УР1 - усилитель сигнала рассогласования между заданием положения и положением сервомотора рабочего колеса,UR1 - amplifier signal mismatch between the position and the position of the servomotor of the impeller,
УР2 - усилитель рассогласования между заданием смещения главного золотника и его текущим положением,UR2 - mismatch amplifier between the task of displacement of the main spool and its current position,
ЭУУ - электронный блок управления.EUU - electronic control unit.
Наиболее полно работу способа иллюстрирует представленная на фиг. 2 структурная схема, выполненная на стандартных элементах формирования сигналов управления и реализующая предлагаемый способ. Для определенности все сигналы считаем напряжениями постоянного тока, а в качестве элементов используются аналоговые и дискретные микросхемы. Сигналы от задатчика 1 положения и датчика положения ДП3 сервомотора рабочего колеса поступают на входы элемента рассогласования Σ1 (операционный усилитель), сигнал на выходе которого равен разности сигналов задатчика и упомянутого датчика положения. Полученный сигнал рассогласования усиливается УР1 (операционный усилитель) и поступает на вход сустрактора Σ3, второй вход которого подключен к выходу повторителя-ограничителя ПО. Если сигнал на выходе повторителя равен сигналу на выходе УР1, то на выходе сустрактора Σ3 сигнал равен нулю и канал непрерывного управления заблокирован. Если сигнал на выходе УР1 по модулю превосходит соответствующие уровни ограничения ПО сверху или снизу, то на выходе сустрактора сигнал будет равен разности выхода за вычетом соответствующего ему по знаку ограничения выхода повторителя. Таким образом, уровни ограничения ПО определяют диапазон рассогласования, на котором непрерывное управление заблокировано. Сигнал с выхода УР1 подается на вход сустрактора Σ4 выходной сигнал которого связан с входами двух электронных реле Р1 и Р2. Выходной сигнал реле Р1 устанавливается в единицу, если на его входе положительный сигнал, выходной сигнал Р2 устанавливается в минус единицу, если на его входе отрицательный сигнал. Уровни срабатывания обоих реле настраиваются независимо от значений ограничений устанавливаемых в ПО, но несколько меньшими по модулю. Сброс выходных сигналов каждого из реле происходит при изменении входным сигналом знака на противоположный, вызвавшего его установку. Элементы ОС1 и ОС2 (обратной связи) служат для возможности подстройки уровней отпускания реле с целью создания его опережения. Элементы РА1 и РА2 позволяют настроить амплитуды выходных сигналов реле в соответствии с требуемыми величинами смещений главного золотника при движении главного сервомотора на увеличение и уменьшение угла разворота лопастей с постоянной скоростью под управлением только импульсным регулятором. Выходные сигналы РА1 и РА2 суммируются и через фильтр низкой частоты ФНЧ (применяется если включение/выключение РА1, РА2 вызывает недопустимый гидравлический удар в трубопроводах, соединяющих гидравлические элементы системы) подаются в качестве одного из слагаемых задания на вход элемента рассогласования Σ2 контура установки смещения главного золотника.The operation of the method is most fully illustrated in FIG. 2 is a structural diagram based on standard elements for generating control signals and implementing the proposed method. For definiteness, we consider all signals to be DC voltages, and analog and discrete microcircuits are used as elements. The signals from the
Наиболее рациональное, минимизирующее материальные затраты, и гибкое техническое решение заключается в применении контроллера для реализации способа. Функциональная схема такого устройства представлена на фиг. 3. ЭУУ - электронное управляющее устройство этой реализации выполнено на имеющем встроенные АЦП (4-канальный аналого-цифровой преобразователь) и ЦАП (цифро-аналоговый преобразователь) контроллере одного из семейств Microchip PIC, Atmel AVR. На входы 1, 2 и 3 АЦП подаются, соответственно, сигналы: датчика ДП5, пропорциональный смещению главного золотника от среднего положения, датчика ДПЗ, пропорциональный текущему положению сервомотора рабочего колеса, блока 1, задающего положение сервомотора. Напряжение выхода ЦАП управляет гидрораспределителем 2, определяющим скорость движения вспомогательного сервомотора, перемещающего главный золотник.The most rational, minimizing material costs, and flexible technical solution is to use a controller to implement the method. A functional diagram of such a device is shown in FIG. 3. EUU - the electronic control device of this implementation is implemented on the controller of one of the Microchip PIC families, Atmel AVR, which has built-in ADC (4-channel analog-to-digital converter) and DAC (digital-to-analog converter). The
Параметры настройки устройств, реализующий способ могут быть определены расчетным путем или математическим моделированием. Ниже приведен пример расчета величин параметров настройки»Device settings that implement the method can be determined by calculation or mathematical modeling. Below is an example of calculating the settings »
Пороги срабатывания на включение управления от релейных элементов Р1 и Р2 импульсного трехпозиционного регулятора ИР, должны быть меньше установленных ограничений ПО. Настройка коэффициентов усиления усилителей ОС1 и ОС2 сигналов обратных связей выключения реле импульсного управления, должна учитывать постоянные времени контура позиционирования главного золотника а также фильтра низкой частоты ФНЧ, ограничивающего интенсивность изменения скорости перемещения вспомогательного сервомотора главного золотника, чтобы обеспечить своевременное снятие управления и тем самым добиться точной остановки сервомотора в задаваемом положении «yzad».The thresholds for activating the control from the relay elements P1 and P2 of the pulse three-position IR controller must be less than the established software restrictions. Setting the amplification factors of the amplifiers OS1 and OS2 of the feedback signals of switching off the pulse control relay must take into account the time constants of the positioning loop of the main spool and the low-pass filter of the low-pass filter that limits the rate of change of the speed of movement of the auxiliary servomotor of the main spool to ensure timely removal of control and thereby achieve accurate control the servomotor stops in the set position "y zad ".
Предположим, что движение сервомотора рабочего колеса происходит под управление трехпозиционного регулятора. Чем меньше скорость этого движения, тем меньше будет сказываться влияние постоянных времени ФНЧ и фильтра датчика положения сервомотора на величину «выбега» его, после установки реле трехпозиционного регулятора в нулевое положение (задание среднего положения главного золотника).Suppose that the movement of the impeller servomotor is controlled by a three-position controller. The lower the speed of this movement, the less the effect of the time constant of the low-pass filter and the filter of the servo motor position sensor on the value of its “run-out” will be affected, after setting the relay of the three-position controller to zero position (setting the middle position of the main spool).
На первом этапе расчета должны быть определены нижняя «δ1» и верхняя «δ2» границы диапазона рассогласования между заданием положения «yzad» и фактическим положением «y» сервомотора рабочего колеса, внутри которого δ1<yzad-y<δ2 блокируется формирование дополнительного сигнала, являющегося непрерывной функцией рассогласования. Оценка величин «δ1» и «δ2» может быть выполнена, если использовать технические характеристики элементов практически реализованных устройств.At the first stage of the calculation, the lower “δ 1 ” and the upper “δ 2 ” boundaries of the mismatch range between setting the position “y zad ” and the actual position “y” of the impeller servomotor, inside which δ 1 <y zad -y <δ 2 the formation of an additional signal, which is a continuous function of the mismatch, is blocked. Evaluation of the values of "δ 1 " and "δ 2 " can be performed if you use the technical characteristics of the elements of practically implemented devices.
Примем:We accept:
Положение yD сервомотора (движется в направлении увеличения «y») в системе управления определяется как среднее из 32 последних измерений:The position y D of the servomotor (moves in the direction of increasing “y”) in the control system is determined as the average of the last 32 measurements:
здесь: фактическое положение сервомотора - y(t), а показания датчика (системы измерения положения сервомотора) - yD.here: the actual position of the servomotor is y (t), and the readings of the sensor (system for measuring the position of the servomotor) are y D.
При линейном движении сервомотора со скоростью v=2%/с ошибка измерения положения сервомотора будет равна 0,155≈0,16%.With the linear movement of the servomotor with a speed of v = 2% / s, the error in measuring the position of the servomotor will be 0.155≈0.16%.
Иными словами, при установившейся скорости движения сервомотора рабочего колеса со скоростью 2% от полного конструктивного хода в секунду и оговоренных выше параметрах усреднения установившаяся ошибка определения его положения будет меньше 0,2% через 0,16 с (32 замера при постоянной скорости). Оценим выбег сервомотора, после снятия управляющего воздействия: обнуления выходного сигнала импульсного регулятора. Опыт показывает, что величина смещения главного золотника от средней точки при принятой скорости приближения к точке равновесия равна примерно 35% от максимальной величины смещения его от среднего положения на упор. Постоянная времени контура позиционирования главного золотника равна 0,1 с, а постоянная времени фильтр ФНЧ принята равной 0,4 с. Эти данные позволяют оценить выбег сервомотора после обнулений сигнала управления, считая суммарную постоянную времени уменьшения расхода, вызывающего перемещения главного сервомотора равной 0,5 с следующим образом:In other words, at a steady speed of movement of the impeller servomotor at a speed of 2% of the total structural stroke per second and the averaging parameters mentioned above, the established error in determining its position will be less than 0.2% after 0.16 s (32 measurements at a constant speed). Let us evaluate the servo motor coasting, after removing the control action: zeroing the output signal of the pulse regulator. Experience shows that the magnitude of the displacement of the main spool from the midpoint at the accepted speed of approaching the equilibrium point is approximately 35% of the maximum value of its displacement from the middle position to the stop. The time constant of the positioning loop of the main spool is 0.1 s, and the time constant of the low-pass filter is taken equal to 0.4 s. These data allow us to estimate the servo motor run-off after zeroing the control signal, assuming the total time constant of the decrease in flow rate that causes the main servomotor to move equal to 0.5 s as follows:
Таким образом, при выбранной скорости приближения сервомотора рабочего колеса к точке равновесия, параметрах системы измерения его текущего положения и постоянной времени фильтра низкой частоты, можно определить величины «δ1» и «δ2», используя полученные выше оценки погрешности измерения положения сервомотора (1) и выбега его (2), после обнуления задания смещения золотника. В силу предположения о полной симметрии картины приближения сервомотора рабочего колеса к точке равновесия как при положительном, так и при отрицательном рассогласованиях будет выполняться равенство |δ1|=|δ2|.Thus, at the selected speed of approaching the impeller servomotor to the equilibrium point, the parameters of the system for measuring its current position and the time constant of the low-pass filter, it is possible to determine the values of "δ 1 " and "δ 2 " using the above estimates of the error in measuring the position of the servomotor (1 ) and run it out (2), after resetting the spool offset task. By the assumption of the complete symmetry of the approximation of the impeller servomotor to the equilibrium point, with both positive and negative mismatches, the equality | δ1 | = | δ 2 | will be satisfied.
Согласно (2), в случае приближения сервомотора к точке равновесия при положительном рассогласовании, сигнал трехпозиционного регулятора должен быть установлен в нуль, когда разность между заданием и положением сервомотора будет равна:According to (2), in case the servomotor approaches the equilibrium point with a positive mismatch, the signal of the three-position controller should be set to zero when the difference between the reference and the position of the servomotor is equal to:
от величины полного хода сервомотора.of the total stroke of the servomotor.
Так как из (1) следует: y(t)=yD+0,16%, то соответствующее (3) рассогласование может быть оценено величиной:Since it follows from (1): y (t) = y D + 0.16%, the corresponding mismatch (3) can be estimated by the value:
Из (4) следует, что при величине рассогласования большей 0,5% должна быть выполнена блокировка непрерывного управления, и смещение главного золотника должно определяться только выходным сигналом трехпозиционного импульсного регулятора. Так как (1) верно только при постоянной скорости движения сервомотора рабочего колеса, и к моменту выполнения равенства (4) величина «yD» должна быть определена достаточно точно, что произойдет только через 0,16 с, после начала движения сервомотора с постоянной скоростью. За промежуток времени 0,16 с сервомотор рабочего колеса пройдет 0,32% своего полного хода. Таким образом, блокировка непрерывного управления по рассогласованию должна быть выполнена в диапазоне:From (4) it follows that with a mismatch of more than 0.5%, continuous control must be blocked, and the displacement of the main spool should be determined only by the output signal of the three-position pulse controller. Since (1) is true only at a constant speed of movement of the impeller servomotor, and by the time of equality (4), the value of “y D ” should be determined accurately enough, which will happen only in 0.16 s, after the start of the movement of the servomotor at a constant speed . Over a period of 0.16 s, the impeller servomotor will pass 0.32% of its full stroke. Thus, the blocking of the continuous mismatch control shall be performed in the range:
Дополнительный сигнал «σp» управляющего воздействия пропорционального превышению рассогласованием выбранного диапазона [4] будет определяться выражением:An additional signal “σ p ” of the control action proportional to exceeding the mismatch of the selected range [4] will be determined by the expression:
гдеWhere
KУР1 - коэффициент усиления усилителя рассогласования УР1;K UR1 - gain amplifier mismatch UR1;
δ1 - уровень сигнала рассогласования в сторону уменьшения угла разворота лопастей, при превышении которого сигналом рассогласования между заданием положения сервомотора рабочего колеса и его фактическим положением начинает формироваться сигнал смещения золотника пропорциональный величине превышения в сторону сворачивания лопастей;δ 1 is the level of the mismatch signal in the direction of decreasing the angle of rotation of the blades, upon exceeding which the mismatch signal between setting the position of the impeller servomotor and its actual position begins to form a bias signal proportional to the excess in the direction of folding of the blades;
δ2 - уровень сигнала рассогласования в сторону увеличения угла разворота лопастей, при превышении которого сигналом рассогласования между заданием положения сервомотора рабочего колеса и его фактическим положением начинает формироваться сигнал смещения золотника пропорциональный величине превышения в сторону разворота лопастей.δ 2 is the level of the mismatch signal in the direction of increasing the angle of rotation of the blades, above which the mismatch signal between setting the position of the impeller servomotor and its actual position begins to form a bias signal proportional to the excess in the direction of rotation of the blades.
Действительно:Really:
если δ1<yzad-yD<δ2, то (yzad-yD-д1)>0 и (yzad-yD-δ2)<0, то соответствии с (7): σp=KУР1⋅{0+0}=0;if δ 1 <y zad -y D <δ 2 , then (y zad -y D -d 1 )> 0 and (y zad -y D -δ 2 ) <0, then in accordance with (7): σ p = K UR1 ⋅ {0 + 0} = 0;
если (yzad-yD-д1)>0, то (yzad-yD-δ1-(δ2-δ1))<0, то в соответствии с (7): σp=KУР1⋅{0+(yzad-yD-д1)}=KУР1⋅[(yzad-yD)-д1]=KУР1⋅[ε-д1]<0;if (y zad -y D -d 1 )> 0, then (y zad -y D -δ 1 - (δ 2 -δ 1 )) <0, then in accordance with (7): σ p = K УР1 ⋅ {0+ (y zad -y D -d 1 )} = K UR1 ⋅ [(y zad -y D ) -d 1 ] = K UR1 ⋅ [ε-d1] <0;
если (yzad-yD-д2)>0, то (yzad-yD-δ2-(δ1-δ2))>0, то в соответствии с (7): σp=KУР1⋅{{yzad-yD-д2)+0}=KУР1⋅[(yzad-yD)-д2]=KУР1⋅[ε-д2]>0;if (y zad -y D -d 2 )> 0, then (y zad -y D- δ 2 - (δ 1 -δ 2 ))> 0, then in accordance with (7): σ p = K УР1 ⋅ {{y zad -y D -d 2 ) +0} = K UR1 ⋅ [(y zad -y D ) -d 2 ] = K UR1 ⋅ [ε-d 2 ]>0;
Для получения величины дополнительного сигнала в соответствии с приведенными выражениями выход повторителя-ограничителя ПО, должны иметь ограничения: сверху - (KУР1⋅д2) и снизу, соответственно, - (-KУР1⋅д1).To obtain the value of the additional signal in accordance with the above expressions, the output of the software repeater-limiter must have limitations: from above - (K УР1 ⋅д 2 ) and from below, respectively (-K УР1 ⋅д 1 ).
Работа устройства управления, реализующего предлагаемый способ, иллюстрируется осциллограммами фиг. 4-11, полученными на стенде. На фиг. 4-7 представлены переходные процессы при отработке скачкообразного изменения задания положения сервомотора рабочего колеса с 0,2 (20%) на 0,6 (60%) от полного конструктивного хода в начальный момент времени и обратного изменения задания на 25 секунде в системе управления без блоков ФБД и ИР. На фиг. 8-11 представлены процессы отработки точно такого же тестового сигнала системой с предлагаемым управлением с блоками ФБД и ИР. На графиках изображены траектории изменения во времени (ось абсцисс) значений координат состояния системы. Сравнение графиков осциллограмм фиг. 4-7 и фиг. 8-11 переходных процессов по координате «положение главного золотника» показывает, что в конечной стадии процесса управления предлагаемый способ (фиг. 8-11) на некоторое время фиксирует смещение главного золотника, блокируя непрерывное управление и обеспечивая тем самым расход рабочего масла несколько больший, чем тот, при котором происходит остановка сервомотора в линейной системе. Этот избыточный расход создает на сопротивлении утечки перепад давления, достаточный для компенсации действующих на поршень сервомотора рабочего колеса гидродинамических сил и сил трения и гарантирующее его приближение к требуемому положению с постоянной и достаточно малой скоростью. Это хорошо прослеживается на графиках фиг. 6 и фиг. 11, показывающих, что при линейном управлении и открытых окнах главного золотника расход, идущий на движение сервомотора равен нулю, а при предлагаемом способе управления при открытых окнах золотника всегда есть расход, затрачиваемый на перемещение сервомотора. При окончании процесса управления в линейной системе главный золотник остается смещенным от среднего положения, а в системе, управляемой по предлагаемому способу, он устанавливается в конце процесса в среднее положение. На осциллограмме (фиг. 12) показаны процессы изменения во времени ошибки отработки задания как в линейной системе управления, так и в предлагаемой. На отметке времени 33,3 с положение сервомотора, как при линейном, так и при предлагаемом способе одинаково, и погрешность отработки задания равна приблизительно 0,75% от максимально возможной величины задания. При линейном управлении процесс практически закончен: в дальнейшем точность отработки задания остается на уровне 0,5%. При использовании предлагаемого способа движение сервомотора продолжается, и фиксация его положения происходит на отметке времени 36,6 с, при этом ошибка в отработке задания равна 0,13%. Скорость движения сервомотора под управлением трехпозиционного регулятора составляет 0,2% от полного хода сервомотора в секунду. При такой медленной скорости нет необходимости в регулировке уровня (устанавливается равным нулю) обнуления сигнала трехпозиционного реле, так как погрешность позиционирования в соответствии с (1), (2) укладывается в величину, меньшую 0,2%.The operation of the control device that implements the proposed method is illustrated by the oscillograms of FIG. 4-11 received at the stand. In FIG. Figures 4–7 show transients when practicing an abrupt change in the setting of the position of the impeller servomotor from 0.2 (20%) to 0.6 (60%) of the full structural stroke at the initial moment of time and the reverse change of the task for 25 seconds in the control system without FBD and IR blocks. In FIG. Figures 8-11 show the processes for developing the exact same test signal with a system with the proposed control with FWD and IR blocks. The graphs show the trajectories of changes in time (abscissa axis) of the coordinates of the state of the system. Comparison of the waveform graphs of FIG. 4-7 and FIG. 8-11 transients along the coordinate "position of the main spool" shows that in the final stage of the control process, the proposed method (Fig. 8-11) for some time fixes the displacement of the main spool, blocking continuous control and thereby ensuring the flow rate of the working oil is slightly larger, than the one at which the servo stops in a linear system. This excess flow rate creates a pressure drop on the leakage resistance that is sufficient to compensate the hydrodynamic and friction forces acting on the piston of the impeller servomotor and guarantee its approximation to the desired position at a constant and fairly low speed. This is clearly seen in the graphs of FIG. 6 and FIG. 11, showing that with linear control and open windows of the main spool, the flow going to the movement of the servomotor is zero, and with the proposed control method with open windows of the spool there is always a flow spent on moving the servomotor. At the end of the control process in the linear system, the main spool remains offset from the middle position, and in the system controlled by the proposed method, it is installed at the end of the process in the middle position. The oscillogram (Fig. 12) shows the processes of change in time of the error in fulfilling the task both in the linear control system and in the proposed one. At a time mark of 33.3 s, the position of the servomotor is the same for both the linear and the proposed method, and the accuracy of the task is approximately 0.75% of the maximum possible value of the task. With linear control, the process is almost complete: in the future, the accuracy of the task development remains at the level of 0.5%. When using the proposed method, the movement of the servomotor continues, and the fixation of its position occurs at a time mark of 36.6 s, while the error in working out the task is 0.13%. The speed of the servomotor under the control of the three-position controller is 0.2% of the full speed of the servomotor per second. At such a slow speed, there is no need to adjust the level (set to zero) to zero the signal of the three-position relay, since the positioning error in accordance with (1), (2) fits into a value less than 0.2%.
Таким образом, скорость отработки задания, как в линейной системе, так и в системе, работающей по предлагаемому способу одинакова, однако последний позволяет не только полностью исключить утечки при приходе системы в установившееся состояние, но и уменьшает ошибку в отработке заданного положения. Цель изобретения достигнута: высокая точность отработки задания сочетается с закрытием окон главного золотника в конце процесса, что гарантирует отсутствие утечек. Предлагаемый способ, позволяет выполнить золотник с большим перекрытием окон и без острых кромок отсекающих полей, что повышает надежность его работы.Thus, the speed of working out the task, both in the linear system and in the system operating according to the proposed method, is the same, however, the latter allows not only to completely eliminate leaks when the system comes to a steady state, but also reduces the error in working out the set position. The objective of the invention is achieved: high accuracy of the task is combined with the closing of the main spool windows at the end of the process, which guarantees no leaks. The proposed method allows to perform a spool with a large overlap of windows and without sharp edges of the cutting fields, which increases the reliability of its operation.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2014112488A RU2614232C2 (en) | 2014-03-31 | 2014-03-31 | Control method of adjustable-blade turbine impeller by servomotor |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2014112488A RU2614232C2 (en) | 2014-03-31 | 2014-03-31 | Control method of adjustable-blade turbine impeller by servomotor |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2014112488A RU2014112488A (en) | 2015-10-10 |
| RU2614232C2 true RU2614232C2 (en) | 2017-03-23 |
Family
ID=54289343
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2014112488A RU2614232C2 (en) | 2014-03-31 | 2014-03-31 | Control method of adjustable-blade turbine impeller by servomotor |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2614232C2 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2710944C1 (en) * | 2018-12-29 | 2020-01-14 | Общество с ограниченной ответственностью "Ракурс-инжиниринг" | Method of control of hydraulic turbines (versions) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111365187B (en) * | 2018-02-05 | 2021-09-17 | 中国长江电力股份有限公司 | Speed regulator main distribution gas neutral position real-time automatic diagnosis and intelligent deviation rectification method |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5549583A (en) * | 1979-09-21 | 1980-04-10 | Hitachi Ltd | Method of controlling operation of reversible pump- turbine |
| SU985401A1 (en) * | 1981-01-12 | 1982-12-30 | Производственное Объединение По Наладке,Совершенствованию Технологии И Эксплуатации Электростанций И Сетей "Союзтехэнерго" | Apparatus for controlling blades of rotary blade turbine impeller |
| US4475334A (en) * | 1980-08-13 | 1984-10-09 | Hitachi, Ltd. | Method of and system for controlling hydraulic turbine |
| SU1545005A1 (en) * | 1986-12-11 | 1990-02-23 | Производственное Объединение По Наладке, Совершенствованию Технологии И Эксплуатации Электростанций И Сетей "Союзтехэнерго" | Arrangement for controlling adjustable-blade hydraulic turbine |
| RU2106522C1 (en) * | 1996-04-19 | 1998-03-10 | Акционерное общество открытого типа "Ленинградский Металлический завод" | Control device for hydraulic turbine runner blades |
| CN102650258B (en) * | 2012-04-25 | 2014-06-04 | 中国水电顾问集团西北勘测设计研究院 | Low head Kaplan type turbine on-cam device and method |
-
2014
- 2014-03-31 RU RU2014112488A patent/RU2614232C2/en active
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5549583A (en) * | 1979-09-21 | 1980-04-10 | Hitachi Ltd | Method of controlling operation of reversible pump- turbine |
| US4475334A (en) * | 1980-08-13 | 1984-10-09 | Hitachi, Ltd. | Method of and system for controlling hydraulic turbine |
| SU985401A1 (en) * | 1981-01-12 | 1982-12-30 | Производственное Объединение По Наладке,Совершенствованию Технологии И Эксплуатации Электростанций И Сетей "Союзтехэнерго" | Apparatus for controlling blades of rotary blade turbine impeller |
| SU1545005A1 (en) * | 1986-12-11 | 1990-02-23 | Производственное Объединение По Наладке, Совершенствованию Технологии И Эксплуатации Электростанций И Сетей "Союзтехэнерго" | Arrangement for controlling adjustable-blade hydraulic turbine |
| RU2106522C1 (en) * | 1996-04-19 | 1998-03-10 | Акционерное общество открытого типа "Ленинградский Металлический завод" | Control device for hydraulic turbine runner blades |
| CN102650258B (en) * | 2012-04-25 | 2014-06-04 | 中国水电顾问集团西北勘测设计研究院 | Low head Kaplan type turbine on-cam device and method |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2710944C1 (en) * | 2018-12-29 | 2020-01-14 | Общество с ограниченной ответственностью "Ракурс-инжиниринг" | Method of control of hydraulic turbines (versions) |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2014112488A (en) | 2015-10-10 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Zeng et al. | Pumped storage system model and experimental investigations on S-induced issues during transients | |
| RU2614232C2 (en) | Control method of adjustable-blade turbine impeller by servomotor | |
| KR101206665B1 (en) | Blade pitch control device, wind power generator, and blade pitch control method | |
| EP2088289A2 (en) | Turbine bypass control apparatus and turbine bypass control method | |
| RU2608793C2 (en) | Method and device for increasing accuracy of adjustable-blade turbine blades angle control | |
| JPH06149306A (en) | Water adjusting operation controller | |
| KR102337588B1 (en) | Method for stabilizing the rotation speed of a hydraulic machine with s-characteristics and installation for converting hydraulic energy into electrical energy | |
| RU51680U1 (en) | HYDROTURBINE ROTATION REGULATOR | |
| Koşalay et al. | A non-linear model based feed forward flatness control approach to speed governor systems of hydropower plants | |
| US9753467B2 (en) | System and method for controlling turbine speed using torque converter | |
| KR102399402B1 (en) | Method for stabilizing the rotation speed of a hydraulic machine with s-characteristics and installation for converting hydraulic energy into electrical energy | |
| RU2710944C1 (en) | Method of control of hydraulic turbines (versions) | |
| RU2636603C1 (en) | Method of controlling power of reactable hydraulic turbines | |
| KR102343779B1 (en) | Method for determining the operating point of a hydraulic machine and installation for converting hydraulic energy | |
| DE202005007955U1 (en) | Pressure regulating device for pipeline system, has frequency converter with integrated electronic flow detector and dry running protection device and converting values of pressure transmitter | |
| Tapper | A fatigue investigation in a Kaplan hydropower station operated in frequency regulating mode | |
| RU2674375C2 (en) | Method of controlling blades of impeller of adjustable blade turbine | |
| Ko et al. | Modelling and experimental validation of a controllable energy harvester for pressure regulation | |
| JP3965264B2 (en) | Hydropower plant hydraulic machine with surge tank | |
| JP2014532140A (en) | Primary adjustment method for hydropower plants | |
| WO2018164675A1 (en) | Fluid flow measurement in gas turbine engines | |
| JPH10122120A (en) | Speed governing control device for water turbine and reversible pump-turbine and method thereof | |
| JP2000240556A (en) | Operation controller for hydro-electric power plant | |
| Ormandzhiev et al. | Synthesis of Fuzzy Controller for Cross-Flow Water Turbine | |
| JPS5849647B2 (en) | Hatsudenshiyo no Uten Seigiyosouchi |