Система автоматического управления судовой турбинной установкой

(51) В 63 Н 21/22 ЫЙ НОМИТЕТ СССРБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ ГОСУДАРСТВ ПО ДЕЛАМ И р г( руу П Л 1 ф 21 Т 11 с). Т ХНН 1 Р":,И. ВИЬЯИО;"ГМ й(46) 07.02.84. Бюл. уо 5 (72) А. Б. Бушуев, С. Ю. Волков, В. В. Григорьев, Ю. В. Литвинов и В. В. Черноусов (71) Ленинградский ордена Трудового Красного Знамени институт точной механики и оптики (53) 621.431.74 (088.8) (56) 1. Машиностроение и металлургия Кировского завода, Под ред. А. А, Любченко. Л., Машиностроение, 1970, с. 181 (прототип) . (54) (57) СИСТЕМА АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ СУДОВОЙ ТУРБИННОЙ УСТАНОВ КОИ, имеющей турбины переднего и заднего ходов с паровым котлом, содержащая последовательно соединенные БО 1071530 датчик оборотов, первый сумматор, задатчик режимов, датчик скорости судна и компаратор, выходы которого связаны соответственно с клапанами переднего и заднего ходов, а к входу подключен выход усилителя, два других выхода которого связаны с клапанами переднего и заднего ходов, отличающаяся тем, что, с целью обеспечения стабильного режима работы турбинной установки в условиях волнения моря, она снабжена последовательно соединенными датчиком глубины погружения, адаптивной моделью качки, блоком прогнозирования, регулятором и вторым сумматором, выход которого соединен с входом усилителя, а второй вход подключен к выходу первого сумматора, при этом выход датчика глубины погружения связан с входом регулятора.45 50 55 Изобретение относится к судостроению,в частности к системам автоматическогоуправления судовой турбинной установкой.Изце га система автоматического управления судовой турбинной установкойцмекшц й турбины переднего и заднего ходов с ц-ровым колом, содержащая после,нгцательцо соединенные датчик оборотов,первый сумматор, задатчик режимов, датчик скорости судна и компаратор, выходыкооццо связаны соответственно с клапацамц переднего и заднего ходов, а к входуподключен выход усилителя, два Другихвыхода которого связаны с клапанамипереднего и заднего ходов 1.Однако эта система не способна обеспечить заланный режим работы турбиннойустановки цри волнении моря.Цель изобретения обеспечение стабилыцц о режима раооты турбинной установки в условиях волнения моря,Поставленная цель достигается тем, чтосистема автоматического управления судовой турбинной установкой, имеющейтурбины переднего и заднего ходов с паровым котлом, содержащая последовательносоединенные датчик оборотов, первый сумматор, задатчик режимов, датчик скоростисудна и компаратор, выходы которого связаны соответственно с клапанами переднего изаднего ходов, а к входу подключен выходусилителя, два других выхода которого свя, заны с клапанами переднего и заднего ходовснабжена последовательно соединеннымидатчиком глубины погружения, адаптивноймоделью качки, блоком прогнозирования, регулятором и вторым сумматором, выход которого соединен с входом усилителя, а второй вход подключен к выходу первого сумматора, цри этом выход датчика глубиныпогружения связан с входом регулятора. На чертеже представлена блок-схема предлагаемой системы.Система содержит задатчик 1 режимов, первый сумматор 2, второй сумматор 3, усилитель 4 хода, клапан 5 переднего хо,и, клапан 6 задцего хода, котел 7, турбину 8 переднего хода, турбину 9 заднего хола, датчик 10 оборотов, датчик 11 глубины погружения, адаптивную модель 12 качки, блок 13 прогноза, регулятор 4, комцаратор 15, датчик 6 скорости судна. При этом выход котла 7 через первые входы клапанов 5 и 6 переднего и заднего хода соединен соответственно с турбинами 8 и 9 переднего и заднего хода, выходы которых через последовательно соединенные датчик О оборотов, второй вход первого сумматора 2, задатчцк 1 режимов, датчик 16 скорости судна подключен к второму входу компаратора 5, первый и второй выходы которого соединены соответственно с вторыми входами клапанов 5 и 6 переднего и заднего хола, третьи входы которых подключены соответственно к первому и второму 5 10 15 20 25 30 35 40 выходам усилителя 4, третий выход которого подключен к первому входу компаратора 15, первый вход регулятора 14 соединен с выходом датчика 1 глубины погружения и, через последовательно соединенные адаптивную модель 12 качки, блок 13 прогноза, второй вход регулятора 14, первый вход второго сумматора 3, подключен к входу усилителя 4, а второй вход второго сумматора 3 соединен с выходом первого сумматора 2.Работа системы заключается в следующем.Параметры движения судна (число оборотов турбины, скорость движения и т. д.) задаются задатчиком 1 режимов. Сигнал в виде напряжения, соответствующего выбранному режиму от задатчика 1 режимов, поступает через первый вход первого сумматора 2 и второй вход второго сумматора 3 на вход усилителя 4, который управляет работой клапанов переднего 5 и заднего 6 ходов. Усилитель 4 имеет нелинейную характеристику с насыщением. Пар из котла 7 под определенным давлением подается через соответствующий клапан переднего 5 или заднего 6 ходов к турбинам переднего 8 или заднего 9 ходов. Валы турбин 8 и 9 соединены с датчиком 1 О числа оборотов. Напряжение, пропорциональное числу оборотов турбины 8 или 9, подается на второй вход первого сумматора 2, где сравнивается с напряжением, соответствующим заданному числу оборотов турбины 8 или 9. В процессе плавания судна в условиях волнения моря датчиком 11 глубины погрукения измеряется глубина погружения винта. Сигнал измеренной глубины поступает ца первый вход адаптивной модели 12 качки, на второй вход которой подается сигнал о параметрах качки судна с центрального гиропоста судна. Адаптивная модель 12 качки представляет собой генератор сигнала качки и все время вырабатывает сигнал глубины погружения винта таким образом, чтобы он совпадал с реальным сигналом от датчика 11 глубины погружения. Математическое описание адаптивной модели 12 качки имеет вид где- ц-мерный вектор состояния адаптивной модели качки (12);Г - матрица состояний размеромп Х и;глубина погружения винта;С - выходная матрица размером1 Х и.Коэффициенты адаптивной модели 12 качки, т. е. элементы матриц Г и С, непрерывно подстраиваются до тех пор, пока выходной сигнал адаптивной модели 12 качки не совпадет с заданной точностью с текущим сигналом от датчика 11 глубины погружения.1071530 Составитель С.Марфина Редактор М. Петрова Техред И. Верее Корректор О. игор Заказ 544/15 Тираж 460 Поди ишгое ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 13035, Москва, Ж - 35, Раушская наб., д. 4/5 Филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4Технически адаптивная модель 12 качки в простейшем случае может быть реализована в виде генераторов синусоид, амплитуды и частоты которых можно перестраивать.Блок 13 прогноза прогнозирует глубину погружения винта на основании данных, поступающих на его вход с выхода адаптивной модели 12 качки. Конструктивно блок 13 прогноза в простейшем случае может быть обыкновенным интегрирующим устройством, которое в ускоренном масштабе времени интегрирует дифференциальное уравнение (1), коэффициенты которого (т. е. элементы матриц Г и С), а также начальные условия снимаются с выхода адаптивной модели 12 качки. После интегрирования сигнал с выхода блока 13 прогноза, соответствующий прогнозируемой глубине погружения винта, поступает на второй вход регулятора 14, на первый вход которого подается сигнал о текущей глубине погружения винта с выхода датчика 11 глубины погружения. Регулятор 14 формирует сигнал И комбинированного управления из двух своих входных сигналов и подает это управление на первый вход второго сумматора 3. Закон регулирования регулятора 14 может быть следующим:1- = К 1 Н + КНп -- С, Н --+ -д. Н= где С, и С - постоянные весовые коэффициенты;Н - прогнозируемая глубина поружения винта;Т - время прогноза;- средняя скорость измененияглубины погружения винта за время прогноза.Из выражения (2) видно, что такой регулятор реализует пропорционально-дифференциальный закон управления по возмущающему воздействию. Полученное в первом сумматоре 2 отклонение числа оборотов турбины от заданного поступает на второй вход второго сумматора 3, где происходит сложение с выходным сигналом регулятора 14. Результирующий сигнал поступает на вход усилителя 4, где после усиления используется для управления клапанами переднего 5 или заднего 6 ходов, поступая на их третьи входы соответственно с первого или второго выходов усилителя 4.10 При реверсе ода, например с переднегона задний, в работу включается компаратор 15, конструктивно выполненный аналогично усилителю 4, но имеюцнй релейную характеристику с зоной нечувствительности. Внут ри зоны нечувствительности компаратора 15управление работой клапанов 5 и 6 осуществляется через усилитель 4, как описано выше. В случае насыщения Усилителя 4 начинает работу компаратор 15. В зависимости от соотношения сигналов на первом и втором входах комнаратора 15 появляк 1 тся сигналы на его первом и втором вьхолах, этими сигналами клапан 5 переднего хода полностью закрывается, а клапан 6 задне о хода полностью открьвается. Через открытый клапан 6 заднего хода подается максн мально возможный пар в турбину 9 заднегохода. Компаратор 15 отключается, тс. переходит в зону нечувствительности, когда скорость судна вперед упадет, например, ло известного малого значения и пока турбина ) заднего хода не наберет соответствуюнее З 0 число оборотов. В этот момент снова вступает в работу усилитель 4, который бу;ст управлять клапанамн переднего 5 н заднего 6 ходов. Для установки соотвсттвукнего режима на вход задатчика 1 режимов поступает сигнал от датчика 16 скорости су,иш с его другого выхода, тем самым система управления турбиной замыкается н но скорости движения судна.Таким образом, регулирование системыпо отклонению скорости врангення турбины 40от заданной и по возмуненню от качки судга обеспечивает стабильность работы турбинной установки в мсговнях волнния моря.