SE446781B - Kontrollsystem - Google Patents

Description

446 781 de rätta kompensationstidkonstanterna. En felaktig passning av responstiden i processdynamiken är snar att uppstå då ett enda manövreringsorgan regleras av mer än en variabel. Om exempelvis utloppsmunstyckets (A) manövreringsorgan i en gasturbinmotor ¿ regleras av motortryckförhållandet och motorluftflödet, är det O på grund av tidsdifferensen som krävs för att varje variabel \ skall påverkas av en ytändring, nödvändigt att utforma kontrollen att kompensera denna differens. Kompromisser kan göras vid ut- formningen av kontrollsystem med flera slingor, men detta är inte idealiskt om hastighet eller stabilitet påverkas därav.

Det har visat sig att detta problem kan undvikas genom att utforma den proportionella/integrala kontrollen genom ändring av integralförstärkningen_i beroende av den variabel som kontrollerar och kontrollsystemet enligt föreliggande uppfinning karaktäriseras därför av ett organ för att synkront reglera förstärkningen av den proportionella/integrala kontrollens integrala del så att förstärk- ningen anpassas till responstiden för variabeln för vilken felet kompenseras.

Uppfinningen skall nedan närmare beskrivas med hänvisning till bifogade ritningar, i vilka figur 1 är ett blockdiagram över dynamiken i ett kontrollsystem med flera slingor, t.ex. en främre slinga och en bakre slinga, där den främre slingan utgör transmissi- onsdelen i en återkopplingsstyrkrets från slingaktiveringssignalen till slingutsignalen, d.v.s. den del av kretsarna enligt ritningarna där signalerna går från vänster åt höger, och där den bakre slingan därvid utgör återkopplingsdelen, och för kontroll av ett enda manövreringsorgan i beroende av två variabler och figur 2 är ett schematiskt diagram över uppfinningen i ett föredraget utförande för kontroll av två variabler i en gasturbinmotor.

I figur l visas ett manövreringsorgan som kan ha formen av vilken som helst känd servomekanism, exempelvis bränslemätmeka~ nismen eller manövreringsorganet för utloppsmunstycket, för regle- ring av antingen bränsleflödet till motorn eller ytan på motorns utloppsmunstycke. Manövreringsorgan, ventilmekanismer och motorer som kan användas med föreliggande uppfinning, är exempelvis E-100, JT-9 och JT-8 motorer, JFC-25 och JFC-68 bränslekontroller, vilka F tillverkas av Pratt och Whitney och Hamilton Standard divisions of Ä ï United Technologies Corporation.

Variabeln kan exempelvis vara Nl (kompressorrotorhastighet) och TIT (turbininloppstemperatur), som avkännes på motorn i form 446 781 av blocket 10. Nl jämföres med ett beräknat värde vid en komparator 12 och TIT jämföres med ett beräknat värde i en komparator 14. Felet från respektive variabel bearbetas.därefter genom att först addera en proportionell förstärkning innan valet av vilken variabel som skall kontrollera manövreringsorganet göres. Uteffekten från en lämplig felselektor 16 påföres därefter den proportionella/inte- grala kontrollen för reglering av manövreringsorganet, vilket i sin tur reglerar bränsleflödet till motorn för uppnående av korrekt Nl eller TIT.

Enligt uppfinningen väljes integralförstärkningen från en integrator i form av blocket 18 i beroende av vilket fel som kontrol- lerar, nämligen Nl eller TIT. Förstärkningen hos den proportionella kontrollen i form av blocket 20 förblir oförändrad vid ett givet värde.

Kontrolldynamiken kan uttryckas på följande sätt: K (K S+l) -I K Pš-I För slinga l Kp/KI =lTï För slinga 2 Kp/Kl =fr'2, där . K S beteckning I förstärkning kompensationstidkonstant ll La Places transformering integrator beteckning P proportionell Vid konstant Kp varieras således Kl såsom framgår av ledningen 22 för att exakt kompensera endera av processdynamiken. Slingförstärk- ningarna Kl och K2 kan därefter regleras till korrekt totalförstärk~ ning. Ändring av integralförstärkningen förorsakade inte en steg- ändring i uteffekterna och resulterar därvid i en jämn kontrollverkan.

Figur 2 visar mera detaljerat ett annat föredraget utförande för en gasturbinmotor 30 där utloppsmunstycket Aj regleras av ett manövre- ringsorgan 32 som påverkas av en proportionell/integral kontroller 34. Även om uppfinningen visas i analog form, kan densamma natur- ligtvis anpassas även till digital kontroll. I exemplifierat ut- förande utgör kontrollens 34 uteffekt ett värde som tjänar till att trimma kontrollsignalen för utloppsytan, vilken signal alstras av en lämplig kontroll (ej visad) på en ledning 36. En multipli- kator 38 adderar A.-trimvärdet till basvärde för att omreglera mun- styckets 40 yta. 446 781 I den proportionella/integrala kontrollern 34 appliceras den proportionella delen på en koppling 42 via en ledning 44 och den integrala delen från en passande integrator 46 tillföres kopp- lingen via en ledning 50.

Ineffekten EACTAJ till kontrollen 34 väljes av en felvall- logikkrets 52 i form av exempelvis en lämplig reläomkopplare 54 och en komparator 56. Kompensationstidkonstanten ff EAJ matas in i integratorn 46 för ändring av dennas förstärkning, och väljes integralförstärkningen som en funktion av vilket fel som kontrolle- rar.

Såsom framgår av figur 2 står de negativa kontakterna i för- bindelse med EACTAJ-felslingan och'T EAJ-förstärkningsslingan.

Denna felsignal alstras som en differens mellan luftflödesbehovet och det verkliga luftflödet sådant detta avkännes i en ledning 60 och matas till en summerare 62, vilken alstrar en felutsignal som matas till en förstärkningsgenerator 64 som alstrar en luftvikt- flödessignal (TRWA) som en funktion av delta-WAC (DWAC) d.v.s. ändringen av det verkliga luftflödet (WAC). Ett strömlöst band är inbyggt i förstärkningsgeneratorn på känt sätt för att reducera kontrollerns effektcykel. En förstärkningsgenerator 66 tjänar till att alstra en felsignal för fläkttrycksförhållandet (TRFPR) som erhålles på samma sätt som TRWA-felsignalen genom att avkänna trycket över fläkten 68 samt beräkna detsammas förhållande. Likaså jämföres denna signal med tryckförhållandebehovet (FPR) för att alstra felet. Enär TRWA är större än TRFPR, ansluter omkopplaren 54 de negativa kontakterna såsom visas och EACTAJ blir lika med TRWA och'T)WAC (en given förstärkning) blir lika med'f EAJ, så att *utloppsmunstyckesytan kontrollerar WAC.

Om å andra sidan TRFPR blir större än TRWA, anslutes de positiva kontakterna så att EACTAJ blir lika med TRFPR, och q EAJ blir lika med I PR (en annan given förstärkning). I detta fallet regleras fläkttryoksförhållandet av utloppsmunstycket.

Av det föregående är det uppenbart att integratorns 46 förstärk- ning väljes som en funktion av felsignalen som driver kontrollen 34.

Förstärkningsförhållandet Kp/KI kan bestämmas i förväg genom att införliva en delare 70, vilken delar en konstant som matas till ' den proportionolla kontrollen med ett givet värde. Även tidkonstan~ ten ( T.) kan göras variabel som en funktion av ett motordriftför- hållande, vilket kommer att få till effekt att kompenseringen regle- rar sig själv att motsvara motordynamiken.

Det är för fackmannen uppenbart att föreliggande uppfinning

Claims (2)

446 781 Wu kan ändras och modifieras inom ramen för efterföljande patentkrav utan att frångå uppfinningens idë och ändamål. Patentkrav II II II ll II II |l II II Il

1. l. Kontrollsystem av proportionell/integral typ, innefattande en kontroller (18, 20; 34) i den främre slingan för ett enda manövreringsorgan (-; 32) som påverkas av minst två olika variabler med unika men olika responstider, ett organ (l2, 14; 62 FPR) för alstring av felet hos respektive variabel från en given norm, samt ett organ (16, 52) som väljer ut ett av nämnda fel, varvid kontrollern påverkas av nämnda utvalda fel för styrning av manövreringsorganet så att detta medger korrigering av nämnda fel för kompensering av det utvalda felet, k ä n n e t e c k n a t a v ett organ (70) för att synkront reglera förstärkningen av den proportionella/inte- grala kontrollens (-; 34) integrala del (l8; 46) så att förstärk- ningen anpassas till responstiden för variabeln för vilken felet kompenseras.

2. Kontrollsystem enligt patentkrav 1, k ä n n e t e c k n a t a v en omkqplingskrets (54) med ett organ för att koppla felet hos en av variablerna till tillhörande förstärkning och en komparator (56) för jämförelse av respektive felsignal och reglering av om- kopplingskretsen i beroende av den starkare felsignalen.