Моделирование автоматизированной системы охлаждения испытательного стенда для агрегата управления АУ-38б

The article is devoted to the development of a simulation model of automated test stand cooling system in dynamic programming Wednesday VisSim. Is an experiment. Identification of object management and developed a model automated system cooling stand

Для реализации методов имитационного моделирования использована среда динамического программирования VisSim. Некоторые возможности среды VisSim для имитационного моделирования автоматизированных систем управления технологическими процессами были раскрыты в работах [1, 2, 3, 4, 5].

Агрегат управления АУ-38Б является гидравлическим и входит в систему автоматической регулировки воздухозаборника (АРВ-39Д), предназначенную для автоматического регулирования положения клина воздухозаборника основного изделия. Агрегат управления регулирует расход рабочей жидкости, поступающей от гидросистемы основного изделия к гидроцилиндру управления клином воздухозаборника изделия.

С целью обеспечения эффективности тяги и надёжной работы двигателя на всех режимах полёта самолёта и на всех режимах работы двигателя необходимо проводить систематические испытания и капитальный ремонт агрегата управления АУ-38Б. Для этой цели применяется испытательный стенд.

При работе стенда происходит непрерывное выделение теплоты, приводящее к резкому повышению температуры. Для поддержания температуры рабочей жидкости в АУ-38Б в пределах 70…80°С, требуемых по условиям испытаний «Руководства на капитальный ремонт агрегата управления АУ-38Б» необходима система охлаждения.

Механизмы тепловыделения и теплопередачи различны, обладают перекрёстными связями, и сложны для математического описания. Поэтому, параметры передаточной функции объекта управления (агрегата АУ-38Б) теоретически рассчитать сложно и в данной работе используется экспериментальный метод идентификации.

На рисунке 1 представлена структурная схема системы управления. Объект имеет две входные переменные и одну выходную.

Входные переменные:

• -    расход рабочей жидкости, который задаётся алгоритмом (программой);

• -    задатчик температуры, установленный в терморегуряторе ТРМ -12.

Выходная, управляемая переменная

– температура рабочей жидкости (масла 7-50С-3) агрегата.

Рис. 1- Структурная схема автоматизированной системы охлаждения испытательного стенда

С целью определения переходных характеристик объекта управления проведен эксперимент, состоящий из двух этапов:

Этап I. При отключенной системе охлаждения был установлен расход рабочей жидкости Q=8,0 л/мин. Температура рабочей жидкости и самого агрегата возрастала от начальной t 0 =20⁰С до максимально разрешённой ТУ t макс =80⁰С за время 7 мин. Измерение температуры проводилось через каждые 60 сек. Экспериментальные данные представлены в таблице 1.

Таблица 1.

Время мин.	0	1	2	3	4	5	6	7
Расход л/мин.	8	8	8	8	8	8	8	8
Температура 0С	20	34	50	63	70	75	78	79

Эти данные позволяют сделать вывод, что объект управления по каналу – расход рабочей жидкости - температура можно представить в виде двух апериодических звеньев, соединённых последовательно.

Параметры этих звеньев определены методом сканирования, используя критерий оптимальности наименьших квадратов.

Таким образом, математическая модель объект управления по каналу управления - расход рабочей жидкости – температура, можно представить в виде передаточной функции:

W i (s)=(600*780/40s +1)*(1/120s+1)

Результаты идентификации и график переходного процесса показаны на рисунке 2.

Полученный теоретически график переходного процесса и экспериментальные данные совпадают с достаточно высокой точностью.

Рис. 2 - Идентификация объекта управления по экспериментальному графику переходного процесса без системы охлаждения. Расход рабочей жидкости 8 л/мин.

Этап II. Определение передаточной функции объекта управления по каналу управления температурой:

Расход рабочей жидкости установлен 20 л/мин. Через 2 минуты была включена подача охлаждающей жидкости (в этот момент времени температура в объекте достигала значения 950С). Расход охлаждающей жидкости составлял 0,5м3/ч. Полученные экспериментальные данные процесса охлаждения - зависимости температуры от времени представлены в таблице 2.

Таблица 2.

Время, мин.	2	3	4	5
Расход, л	0,5	0,5	0,5	0,5
Температура 0С	95	77	64	65

По каналу управления температурой объект управления на основании полученных экспериментальных данных можно представить передаточной функцией вида:\

W 2 (s)=(20*35/24s+1)*(1/50s+1)

На рисунке 3. приводятся результаты идентификации.

Полная передаточная функция объекта управления с двумя входными переменными равна сумме полученных передаточных функций:

W(s) = W i (s)+ W 2 (s)

Рис. 3 - Идентификация объекта управления по экспериментальному графику переходного процесса с системой охлаждения. Расход рабочей жидкости 20 л/ мин.

По результатам эксперимента разработана математическая модель системы автоматизированного управления охлаждающей жидкости испытательного стенда.

Согласно технологической карте испытаний в таблице 3, приводятся данные изменения расхода рабочей жидкости как функция времени. Управление расходом жидкости производится при помощи управляющего тока в электрической обмотке преобразователя сигналов.

Таблица 3.

Время мин.	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12
Расход л.	8	8	8	8	8	32	54	68	10	35	56	70
Сила тока мА	10	10	10	10	10	30	50	70	10	30	50	70

Данный алгоритм разработан с помощью стандартных блоков в среде VisSim и представлен на рисунке 4.

Рис. 4 - Алгоритм управления расходом рабочей жидкости в агрегате А У-

38Б.

Разработанная система управления температурой агрегата АУ-38Б представлена на рис 5. Блок PROG R представляет собой задатчик расхода рабочей жидкости (алгоритм расхода).

На рисунке 5:

• 1    - график расхода рабочей жидкости,

• 2    - график зависимости расхода от температуры и времени.

• 3    – эпюра команд управления гидроклапаном.

Рис. 5 - Система управления температурой агрегата А У-38Б при наличии двух входных переменных: расхода рабочей жидкости и канала управления температурой агрегата.

В системе управления используются два датчика температуры рабочей жидкости. С первого датчика (контур отрицательной обратной связи) преобразованный сигнал поступает на сравнивающее устройство терморегулятора ТРМ-12. С помощью второго датчика происходит включение контура управления температурой при достижении температуры рабочей жидкости 700С. т.е включается система охлаждения. Регулятор производит стабилизацию температуры в окрестности 750С с допуском ± 40С , что соответствует техническим условиям.

Параметра ПИД- регулятора в ТРМ-12 настраиваются автоматически. Выходной сигнал с регулятора ТРМ-12 после усиления управляет открытием и закрытием гидроклапаном КЗР. Команды управления клапаном показаны на рис.6. Анализ представленных эпюр показывает, что при большом выделении количества теплоты клапан КЗР находится в открытом состоянии.

Интервал времени больше по сравнению с интервалом времени, когда выделяется меньшее количество теплоты, т.е. система охлаждения «справляется» с возложенной на неё функцией охлаждения.

Рис. 6- Эпюра сигнала управления электромагнитным клапаном охлаждающей жидкости

Так как, в системе управления исполнительным механизмом и регулирующим органом является клапанный элемент, работающий в режиме «открыто»- «закрыто», то система управления является устойчивой.

Представленная имитационная модель системы управления параметрами испытательного стенда является открытой, позволяет исследовать технологический процесс, не прибегая к экспериментальным натурным наблюдениям. Предлагаемые решения можно использовать при проектировании систем автоматического управления аналогичными объектами.