способ формирования сигнала управления газогидравлическим рулевым приводом и устройство для его реализации

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к исполнительным устройствам систем управления, а именно к газогидравлическим приводам, к устройствам и способам коррекции управления приводами.

Известен способ формирования сигнала управления газогидравлическим рулевым приводом, заключающийся в том, что формируют сигнал заданного значения давления, измеряют текущее значение давления, формируют сигнал управления [1].

Известно устройство для реализации способа формирования сигнала управления газогидравлическим рулевым приводом, содержащее задатчик давления, устройство управления и газогидравлический источник давления, выход которого соединен со входом датчика текущего давления и гидравлическим входом рулевой машины [1].

Применение в энергетическом тракте в качестве первичного источника газовой энергии газогидравлического рулевого привода (ГГРП) твердотопливного газогенератора (ТГ) [1] обусловлено наличием ряда преимуществ перед другими видами источников энергии, основные из которых заключаются:

1) в сохранении стабильного энергетического потенциала в течение длительного срока эксплуатации (20…25 лет) в составе головного изделия,

2) в высоких значениях энерго-массового показателя применительно к широкому диапазону выходной мощности (до 10кВт) при времени непрерывной работы до 2-х…3-х мин в сравнении с другими первичными источниками энергии - ампульными батареями, воздушными аккумуляторами давления, жидкостными аккумуляторами давления,

3) в отсутствии необходимости проведения регламентных работ в период эксплуатации.

Тем не менее, к существенному недостатку ТГ следует отнести достаточно широкий диапазон изменения давления (до 20…25%), связанный с условиями эксплуатации его в ограниченном температурном диапазоне эксплуатации окружающей среды, а также - с технологическими факторами, влияющими на качество зарядов твердого топлива, возникающими в процессе изготовления ТГ. В первую очередь к технологическим факторам следует отнести переменную плотность по своду заряда, наличие воздушных включений в теле заряда, неполную адгезию бронирующего состава с боковой поверхностью заряда, увеличивающих при работе поверхность заряда. Указанные факторы могут привести при работе ТГ к увеличению газоприхода, давления в камере сгорания и несанкционированному превышению верхней границы допустимого диапазона давления, регулируемого газовым клапаном. Превышение верхней границы допустимого значения давления, увеличивая добротность привода, снижает запас устойчивости по фазе и ухудшает показатели качества переходных процессов при отработке сигнала управления.

Кроме технологических факторов, повышение газоприхода в процессе работы ТГ может быть связано с изменением характеристик потребителя газовой энергии. Например, это происходит при уменьшении проходного сечения сопла турбонасосного агрегата в результате его зашлаковки из-за недостаточной степени очистки пороховых газов от твердых частиц или зазоров в газовом клапане порохового аккумулятора давления или зазоров в поршневой группе вращающегося блока цилиндров аксиально-поршневого моторнасосного агрегата.

В результате нестабильности текущего P_т давления ТГ происходит ухудшение качества переходных процессов на выходе газогидравлического привода, что является существенным недостатком известного технического решения.

С целью исключения указанного недостатка известного технического решения -повышения качества и стабильности переходных процессов на выходе газогидравлического привода - предложенный способ отличается тем, что формируют синусоидальный сигнал, определяют модуль сигнала разности заданного значения давления и текущего значения давления, определяют интеграл модуля сигнала разности, суммируют модуль сигнал разности и интеграл модуля сигнала разности и полученный сигнал умножают на синусоидальный сигнал и суммируют с сигналом управления, а устройство для его реализации отличается тем, что оно содержит три сумматора, три усилителя, два блока умножения, логический блок, источник синусоидального сигнала и интегратор, выход датчика текущего давления через последовательно соединенные первый сумматор, первый блок умножения, первый усилитель, второй сумматор, второй усилитель, второй блок умножения и третий сумматор подключен к электрическому входу рулевой машины, а выход источника синусоидального сигнала через третий усилитель соединен со вторым входом второго блока умножения, выход устройства управления соединен со вторым входом третьего сумматора, выход задатчика давления соединен со вторым входом первого сумматора и через логический блок со вторым входом первого блока умножения, выход датчика текущего давления соединен со вторым входом первого сумматора, выход первого блока умножения, через интегратор соединен со вторым входом второго сумматора.

Способ и устройство, его реализующее, поясняются чертежом, где приняты следующие обозначения:

1 - задатчик давления,

2 - датчик текущего давления,

3 - первый сумматор,

4 - логический блок,

5 - первый блок умножения,

6 - интегратор,

7 - первый усилитель,

8 - второй сумматор,

9 - второй усилитель,

10 - источник синусоидального сигнала,

11 - третий усилитель,

12 - второй блок умножения,

13 - устройство управления,

14 - третий сумматор,

15 - рулевая машина,

16 - газогидравлический источник давления,

17 - газогидравлический рулевой привод.

Способ коррекции сигнала управления газогидравлическим рулевым приводом и устройство для его реализации будем рассматривать совместно.

Структура рулевого привода, представленная на чертеже, функционирует следующим образом.

Датчик текущего давления 2 газогидравлического источника давления измеряет текущее давление P_т в камере сгорания ТТ, которое сравнивается в первом сумматоре 3 с сигналом P_з с выхода задатчика давления 1. Сигналы P_т и P_з поступают также на входы логического блока 4, который выдает на выходе нулевой сигнал при P_т<P_з или сигнал, равный единице при P_т>P_з (стандартный блок Relational Operator среды Simulink в программе MATLAB). Таким образом, задатчик давления 1, датчик текущего давления 2, первый сумматор 3 и логический блок 4 совместно с первым блоком умножения 5 формируют на выходе последнего сигнал модуля разности $$\epsilon =\left|P_{т}-{Р}_{з}\right|$$ .

Затем с помощью первого усилителя 7 и интегратора 6 формируется соответственно масштабированное значение разности к₀·ε и сигнал интеграла $${к}_1\cdot {\displaystyle \underset{0}{\overset{t}{\int }}\cdot \epsilon \cdot dt}$$ соответственно (к₀, к₁=const>0). На выходе второго сумматора получается сумма сигналов $${к}_0\cdot \epsilon +{к}_1\cdot {\displaystyle \underset{0}{\overset{t}{\int }}\cdot \epsilon \cdot dt}$$ , которая после усиления вторым усилителем 8 поступает на один из входов второго блока умножения 12, на другой вход которого усиленный третьим усилителем 11 синусоидальный сигнал с выхода источника синусоидального сигнала 10. В третьем сумматоре 14 суммируются сигнал коррекции с выхода второго блока умножения 12 и сигнал управления u(t) с выхода устройства управления 13. Скорректированный сигнал управления 13 с выхода третьего сумматора 14 поступает на электрический вход рулевой машины 15, которая совместно с газогидравлическим источником давления 16 и составляет газогидравлический рулевой привод 17.

При отклонении текущего давления P_т от заданного P_з формируется сигнал разности $$\epsilon =\left|P_{т}-{Р}_{з}\right|$$ , а сигнал $${к}_0\cdot \epsilon +{к}_1\cdot {\displaystyle \underset{0}{\overset{t}{\int }}\cdot \epsilon \cdot dt}$$ обеспечивает стремление ε к нулю, т.е. к условию P_т=P_з. При этом, чем больше отклонение P_т от P_з, тем больше амплитуда синусоидального сигнала коррекции u(t) 13.

В результате увеличения расхода потребляемой рабочей жидкости за счет повышения амплитуды сигнала коррекции произойдет увеличение массового расхода газа из камеры сгорания ТГ, что обеспечит снижение давления газа (жидкости для вытеснительного бака ГГИД) до уровня, не превышающего границу давления, ограниченного стационарным уровнем P_з. Следует отметить, что выходное давление газогидравлического источника является входным давлением энергетического канала исполнительного механизма - рулевой машины 15.

Технический результат, полученный при использовании изобретения, заключается в повышении и стабилизации качества переходных процессов на выходе газогидравлического рулевого привода.

Изобретательский уровень предложенного технического решения подтверждается отличительным частями формулы изобретения на способ коррекциии сигнала управления газогидравлического рулевого привода по п.1 и устройства реализации - по п.2.

Литература:

1. Гребенкин В.И., Лалабеков В.И., Мухамедов B.C., Шмачков Е.А. Создание приводов органов управления с источниками питания на твердом топливе для твердотопливных управляемых баллистических ракет. Труды МИТ, Научно-технический сборник, том 8, част. 1, М., 2006 г., стр.48…59 (прототип).

1. Способ формирования сигнала управления газогидравлическим рулевым приводом, заключающийся в том, что формируют сигнал заданного значения давления, измеряют текущее значение давления, формируют сигнал управления, отличающийся тем, что формируют синусоидальный сигнал, определяют модуль сигнала разности заданного значения давления и текущего значения давления, определяют интеграл модуля сигнала разности, суммируют модуль сигнал разности и интеграл модуля сигнала разности и полученный сигнал умножают на синусоидальный сигнал и суммируют с сигналом управления.

2. Устройство для реализации способа формирования сигнала управления газогидравлическим рулевым приводом по п.1, содержащее задатчик давления, устройство управления и газогидравлический источник давления, выход которого соединен со входом датчика текущего давления и гидравлическим входом рулевой машины, отличающееся тем, что оно содержит три сумматора, три усилителя, два блока умножения, логический блок, источник синусоидального сигнала и интегратор, выход датчика текущего давления через последовательно соединенные первый сумматор, первый блок умножения, первый усилитель, второй сумматор, второй усилитель, второй блок умножения и третий сумматор подключен к электрическому входу рулевой машины, а выход источника синусоидального сигнала через третий усилитель соединен со вторым входом второго блока умножения, выход устройства управления соединен со вторым входом третьего сумматора, выход задатчика давления соединен со вторым входом первого сумматора и через логический блок со вторым входом первого блока умножения, выход датчика текущего давления соединен со вторым входом первого сумматора, выход первого блока умножения, через интегратор соединен со вторым входом второго сумматора.