Тема дипломной работы: Имитатор датчика крутящего момента стенда САУ-2000В

САУ-2000В предназначена
для управления, контроля и диагностики двигателя, входящего в состав силовой
установки вертолёта. В данном дипломном проекте кратко описан этот стенд.

 Подробнее был рассмотрен БММ. Он предназначен для имитации работы
двигателей, несущего винта и гидромеханической части САУ.

Осуществляет
имитацию работы двигателя в жестком реальном масштабе времени ПАК ММ.

Главным показателем для
оценки двигателя является его мощность. Мощность же зависит от частоты вращения
вала двигателя и крутящего момента на этом валу. Для измерения этих параметров
применяется датчик крутящего момента.

Задача измерения сигнала крутящего момента является
приоритетной, так как на его основе для математической модели формируются
другие параметры и непосредственно модель двигателя. Поэтому необходима
корректная и точная работа устройства. Значительную актуальность приобретает применение
специальных устройств-имитаторов.

Имитатор датчика крутящего момента предназначен для
преобразования кода крутящего момента вала свободной турбины получаемого с
математической модели в последовательность импульсов двуполярного напряжения амплитудой
5В и с изменением смещения между соседними полуволнами.

Изменение смещения между соседними полуволнами
определяется величиной угла, заданного ПО ММ. Выходные сигналы имитаторов
должны быть эквивалентны выходному сигналу датчика крутящего момента.

Имитатор выполняется на плате
формата  MicroPC, на плакатах изображены сборочный
чертёж, печатная плата и электрическая схема платы.  Логическая часть выполнена в виде проекта на ПЛИС фирмы Altera.

Так же было рассмотрено
экономическое обоснование проекта, в результате расчетов которого можно сделать
вывод, что проект эффективен. Срок окупаемости 1,2 года.

В разделе безопасности
жизнедеятельности был проведён анализ опасных и вредных факторов. Также
посчитан показатель безопасности рабочего места, на основании которого можно
сделать вывод, что рабочее место является безопасным.

Создание авиационной техники всегда сопровождался повышением уровня автоматизации управления полетом летательных аппаратов. Процесс разработки технических устройств и систем управления идет по пути усложнения функций управления и имеет два источника своего развития.
Первый источник - информационный. Появление новых датчиков и информационных систем привело к возникновению новых режимов систем автоматизированного управления (САУ) авиадвигателем.
Второй источник - техническое совершенствование вычислителей, приводов и агрегатов управления, также повышение их надежности и быстродействия.
Применение новых вычислительных средств на каждом этапе развития отечественных САУ постепенно вызвало создание новых систем на основе электронно-цифровой системы управления двигателем или FADEC (англ. Full Authority Digital Engine Control system) — система автоматизированного управления параметрами впрыска топлива, воздуха и зажигания в работе авиадвигателя для поддержания оптимальных характеристик работы авиадвигателя с минимальным расходом топлива [1].
Обычная структура FADEC включает в себя двухканальный электронный управляющий модуль РЭД (электронный регулятор двигателя), гидромеханические узлы и выделенные датчики.
РЭД получает сигналы частоты вращения ротора двигателя, сигналы о давлениях и температурах внутри двигателя. Эти сигналы вместе с сигналами от самолётной системы управления двигателем используются для отслеживания и вырабатывания управляющих сигналов для смонтированных на двигателе механизмов, обеспечивающих управление двигателем.
Разработка цифровой системы автоматического управления (САУ) современного авиационного газотурбинного двигателя (ГТД) является сложной наукоёмкой научно-технической задачей, в решении которой участвуют высококвалифицированные коллективы специализированных конструкторских бюро совместно со специалистами разработчика двигателя.
На сегодняшний день оптимальность решения данной задачи определяется наличием специализированного инструментария, позволяющего автоматизировать сложные процедуры настройки и оптимизации параметров регуляторов разомкнутых и замкнутых контуров управления авиационным двигателем. В первую очередь это касается аппаратно-программных средств испытательных стендов, развитие которых может позволить значительно сократить материальные и временные затраты на создание цифровой САУ ГТД [2].
На ОАО «СТАР» разрабатываются комплексные стенды полунатурного моделирования, предназначенные для проверки функционирования САУ в ситуациях, наиболее приближенных к реальным. Испытания САУ на стенде происходит посредством имитации поведения объекта управления во всех возможных режимах эксплуатации с использованием математической модели объекта управления. Имитация датчиков производится посредством аппаратуры различного типа, позволяющей имитировать информацию об объекте. Исполнительными механизмами могут служить электрические двигатели, электромагниты и гидравлические устройства, обеспечивающие передачу управляющих воздействий от стенда к САУ. Гидромеханическая часть (ГМЧ) стенда и блок математической модели объекта (БММ) создают аппаратно-программную модель объекта, которой управляет САУ с максимальным приближением к реальным условиям эксплуатации.
В настоящее время это автоматизированное средст¬во, призванное значительно снизить время, затрачи¬ваемое на тестирование, а также повысить его каче¬ство. Кроме того, стенд обеспечивает про¬ведение практически полного перечня испытаний САУ, что в значительной мере сокращает требуемое время и соответственно финансовые затраты на стендовые и лётные испытания.
Имитируемый при помощи стенда ГТД, который выдаёт и принимает те же физические сигналы, что и реальный двигатель, является опти¬мальным решением для интегральной верификации программного обеспечения и технических средств. При этом значительно повышается надёжность, снижается затрачиваемое на отладку и тестирование время, а также обеспечивается обнаружение непра-вильного функционирования. Кроме того, такое ре¬шение позволяет выполнять автоматизированную оптимизацию контуров управления с учётом как модели ГТД, так и датчиков, преобразователей и исполнительных механизмов [3].
Научно-исследовательская и испытательная база ОАО «СТАР» для отработки и сертификации САУ имеет более 50 стендов и установок, составляющих испытательный комплекс, который обеспечивает исследование САУ ГТД в условиях, имитирующих эксплуатационные, за счет полунатурного моделирования объекта управления – двигателя и комплексного воздействия внешних факторов: температуры, вибрации, давления и др.
Созданный на ОАО СТАР, стенд, может помочь в модернизации САУ двигателя ТВ3-117, спроектированного в конце 60-х годов прошлого столетия. В настоящее время он является базовым двигателем для вертолетов разработки и производства России.
Ввиду отсутствия планов разработки нового двигателя в данном классе машин можно прогнозировать, что производство и эксплуатация двигателей ТВ3-117 и его модификаций продлится не менее чем до 2030 года. В связи с изложенным выше и учитывая требования эксплуатирующих организаций, становится актуальной задача разработки новой системы управления двигателей семейства ТВ3 117[4].
Ведущий показатель, по которому судят о возможностях и применимости двигателя это его мощность. Мощность в свою очередь складывается из произведения двух главных параметров:
- частота вращения вала двигателя;
- крутящий момент на этом валу.
Чем выше значение каждого их этих параметров - тем больше мощность мотора.
Повышение точности измерения мощности на валу позволяет более точно определять к. п. д. установок, улучшает качество эксперимента и тем самым позволяет выявлять влияние малозаметных факторов на экономичность силовых установок.
Особое значение приобретает измерение мощности на высокоскоростных двигательных установках, где в ряде случаев обычные системы измерения либо непригодны, либо имеют невысокую точность. Между тем широкое применение высокоскоростных турбомашин в авиации, на транспорте и в ракетной технике вызывает настоя¬тельную потребность в разработке высококачественных измерительных приборов для их исследований и эксплуа¬тации.
Обеспечение устойчивой и продолжительной работы в некоторых механизмах требует поддержания их на¬грузки на заданном уровне. В системах автоматического регулирования для определения нагрузки применяются датчики крутящего момента[5].
По техническим и экономическим причинам использование реальных агрегатов при стендовых испытаниях не всегда возможно. Поэтому значительную актуальность приобретает задача синтеза и применения при стендовых испытаниях специальных устройств-имитаторов.
Целью настоящей работы является разработка имитатора датчика крутящего момента стенда полунатурных испытаний САУ-2000В.