Диссертация (785746), страница 16

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 16)

4.2) включает два канала срелейным элементом РЭ и регулятором мощности РМ, при этом каждый каналимеет собственные задатчики З1 и З2, датчики температуры ДТ1 и ДТ2 и сумматоры.Блок регулирования температуры индуктора выполнен на базе релейногодвухпозиционного элемента (РЭ), в котором выходная величина (напряжение)изменяется скачком в момент времени, когда входная величина (температура индуктора) достигает заданного значения.

Настроечными параметрами данного регулятораявляются параметр S, определяющий ширину петли гистерезиса стати-ческой характеристики и максимальное значение Umax выходной величины релейного элемента.Блок регулирования температуры выполнен на базе пропорционального регулятора, в котором в каждый момент времени выходная величина (напряжение)пропорциональна входной величине (температура локализатора). Основным настроечным параметром данного регулятора является коэффициент усиления. Использование интегральной или дифференциальной составляющих в системе регулирования нецелесообразно, так как нет жестких требований по быстродействиюи точности поддержания температуры.Система функционирует следующим образом: питание индуктора осуществляется от трансформатора через двухканальный регулятор, имеющий релейныйэлемент (РЭ) и П–регулятор (РМ).

Система имеет два датчика ДТ 1 и ДТ2, измеряющих температуру индуктора и локализатора.109Рис. 4.2 Функциональная схема блоков регулирования температуры обмотки илокализатора: З1, З2 – задатчик температуры индуктора и локализатора; РЭ – релейныйэлемент (S – ширина петли гистерезиса РЭ), РМ – регулятор мощности; ДТ1, ДТ2 – датчик температуры индуктора и локализатор; Θз1, Θз2 – заданная температура индуктора илокализатора; Θ1 – температура индуктора; Θ2 – температура локализатора; Pоб – мощность в обмотке индуктора; Pлок – мощность в локализаторе; αлок, αоб –коэффициент теплоотдачи локализатора и индуктора; Pнагр. – мощность, идущая на нагрев боеприпаса;Pвзр – мощность, поглощаемая локализатором при взрывеСигналы с датчиков поступают в блок сравнения, где сравниваются с заданными значениями.

В результате вычисляется рассогласование сигнала, на основании которого формируется управляющее воздействие в релейном элементе и Прегуляторе. Релейный канал задействуется только в том случае, когда температура индуктора достигает заданного значения. П–регулятор непрерывно регулируетмощность, подводимую к индуктору, пропорционально температуре локализатора.Структурная схема системы регулирования представлена на рис. 4.3.110Рис. 4.3 – Структурная схема системы регулирования: Pлок – активная мощность влокализаторе; Pнагр – мощность, идущая на нагрев боеприпаса; Pвзр – мощность, поглощаемая локализатором при взрыве; kт1-2, kт2-1 – коэффициенты, учитывающие поглощение энергии при ее передаче от внешнего слоя локализатора к внутреннему и обратно;Токр – температура окружающей среды; Твнеш, Твнут – температуры внешней и внутреннейповерхностей локализатораРазработка системы регулирования осуществлялась на основании энергетического баланса ИРН (рис.

4.1):РΣ – Р1 – Рп1 – Рп2 = Р2 + Р3 + Рвзр – Рнагр,(4.1)где РΣ – потребляемая мощность, Р1 – мощность электрических потерь в индукторе; Р2 – мощность, выделяющаяся в локализаторе, Р3 – мощность, передающаясяот индуктора; Рвзр – мощность, передающаяся в локализатор при взрыве, Рнагр –мощность, идущая на нагрев боеприпаса, Рп1, Рп2 – мощности тепловых потерьиндуктора и локализатора.В ур. (4.1) пренебрегаются потери в токоподводящих элементах, регуляторемощности, защитном кожухе индуктора, что незначительно сказывается на точности модели, однако, позволяет существенно её упростить. Оценка данных составляющих показала, что суммарная погрешность расчета не превышает 1–2%.111При определении передаточных функций локализатора, индуктора, датчиков и регуляторов они рассматривались как отдельные элементы.В режиме пускового нагрева составляющие Pнагр и Рвзр отсутствуют, поэтомупредставив локализатор упрощенной моделью, имеющей входное воздействие ввиде мощности, выделяющейся в локализаторе Pлок, возмущающее воздействие ввиде изменения коэффициента теплоотдачи αлок, и выходное значение температуры Θ локализатора, ур.

(4.1) можно записать в виде:cmгде c  m d 2  лок  2  Pлок ,dt(4.2)d 2– суммарная мощность, идущая на нагрев локализатора; αлок·Θ2 –dtсуммарная мощность тепловых потерь; Рлок – мощность, поступающая в локализатор.Совершив прямое преобразование Лапласа над левой и правой частямидифференциального ур. (4.2), получим:d 2 Lcm  L  лок   2   L  Pлок dt (4.3)Пренебрегая температурными зависимостями с и α, получим:c  m  p 2  p   лок 2  p   Pлок  p (4.4)1 Pлок  p Pлок  p 2  p   2  p   c  mc  m  p   лок p 1 лок(4.5)Приняв постоянную времени локализатора за τл = с·m/αлок, а коэффициентпередачи kл = 1/αлок, из ур. (4.5) получим передаточную функцию локализатора,представляющую собой инерционное звено первого порядка:Wл ( p) kл1 л  p,(4.6)Коэффициент передачи определялся по графикам нагрева (Глава 3), для чего из начальной точки графика проводилась касательная до пересечения с прямой112установившейся температуры в точке, абсцисса которой равна постоянной времени kл = 0,039 °С/Вт.Коэффициент передачи звена первого порядка также определяется по графику нагрева и равен отношению установившейся по ходу нагрева температуры кактивной мощности, поступающей в локализатор τл = 7800 с.Тогда передаточную функцию локализатора (4.6) можно записать в видеWл ( p) 0,039.1  7800  p(4.7)Для учета двухстороннего нагрева локализатор упрощенно представляется ввиде двухслойного тела (рис.

4.3) с толщиной внешнего слоя равной глубине проникновения электромагнитной волны в металл при индукционном нагреве. Источником нагрева внутреннего слоя является энергия взрыва, выделяющаяся в результате уничтожения боеприпасов.Для учета передачи мощности между слоями введены коэффициенты (рис.4.3): kт1-2, показывающий какая часть мощности, выделяющейся при индукционном нагреве во внешнем слое, идет на нагрев внутреннего слоя, и kт2-1, которыйучитывает какая часть мощности, поглощаемой внутренним слоем, идет на нагреввнешнего слоя.Ввиду большой тепловой инерционности передаточная функция индукторапредставлялась инерционным звеном первого порядка:Wобм ( p) kобм1   обм  p,(4.8)где kобм, τобм – коэффициент передачи и постоянная времени индуктора соответственно.Определив по графикам нагрева (Глава 3) коэффициент передачи kобм =0,058 °С/Вт и постоянную времени τобм = 6300 с передаточную функцию можнозаписать:Wобм ( p) 0,0581  6300  p(4.9)113Передаточные функции датчиков температуры индуктора и локализатораДТ1 и ДТ2, представляющие собой также инерционные звенья первого порядка,имеют вид:WДТ 1 ( p)  W ДТ 2 ( p) kдт1   дт  p,(4.10)где kдт, τдт – коэффициент передачи и постоянная времени датчика температурысоответственно.Для термоэлектрических преобразователей сопротивления ДТПL (ХА)–035с постоянной времени τдт = 20 c и коэффициентом передачи kдт = 1 передаточнаяфункция записывается:WДТ 1 ( p)  WДТ 2 ( p) 11  20  p(4.11)Релейный элемент (РЭ), отключающий питание индуктора при его перегреве, задавался с петлей гистерезиса S = 20°C, поскольку температура индукторадолжна находиться в диапазоне 380 – 400°C.В качестве регулятора мощности (РМ) используется тиристорный регуляторнапряжения (рис.

4.4).Рис. 4.4. Структурная модель регулятора мощностиПри использовании тиристорного регулятора для инерционного нагревателяс массивным локализатором, у которого инерционность тепловых процессов на 1–2 порядка выше инерционности электромагнитных, РМ можно представить в видепоследовательно соединенных безынерционного звена и нелинейного звена ограничения с передаточной функцией:Wр  p   k р  2(4.12)114Максимальная мощность регулятора определялась из условия её двукратного превышения над требуемой, т.е. из условия k р Pmax 2 , где kp – коэффициентРлокпередачи регулятора мощности.

Максимальная мощность РМ Рmax = 30 кВт.Для определения коэффициента усиления пропорционального регулятора k1задавалась точность поддержания температуры локализатора δл = 0,01°С, на основании которой величина статической ошибки регулирования температуры вычислялась: уст  lim   t   lim p    p t p 0(4.13)Ошибка по управляющему воздействию: усту  lim p   у  p p 0 у  p    з  p    у  p   k1  k р  у  p  з  p kлkдт1  k1  k р  л  p  1  дт  p  1з  p   устуkлkдт л  p  1  дт  p  1зpзззp lim p ,p 0kлkдт1kkkk1k1рлдт1  k1  k р  л  p  1  дт  p  1(4.14)(4.15)(4.16)(4.17)(4.18)где k  k1  k р  k л  kдт – суммарный коэффициент усиления системы регулирования.Для поддержания заданной температуры локализатора Θ з2 = 450°С величинастатической ошибки регулирования по управляющему воздействию определялась: усту     з 2  0,01  450  5 C(4.19)Тогда требуемое значение суммарного коэффициента усиления системы регулирования:115k з24501  1  89 усту5(4.20)Отсюда коэффициент передачи П–регулятора:k1 k89 1140k р  k л  k дт 2  0,039  1(4.21)Коэффициент, учитывающий тепловое сопротивление между индуктором илокализатором, определен в результате моделирования (Глава 3) как отношениемощности, идущей на нагрев индуктора, к суммарной активной мощности и составляет kт  0,5 .Возмущающими воздействиями в режиме уничтожения служат мощность,идущая на нагрев боеприпаса Рнагр, и мощность, поглощаемая локализатором прии взрыве Рвзр.

Значения данных величин зависят от конструкции боеприпаса имассы ВВ и определены в результате моделирования только для макета боеприпаса с массой ВВ 0,7 кг (Приложение А и Б).При разработке модели принято допущение, что Рнагр и Рвзр зависят толькоот массы взрывчатого вещества, что позволяет их пересчитать для любой массыВВ на основании закона Хопкинсона-Кранца [89], по которому параметры взрывапропорциональны кубическому корню из массы ВВ. Данное допущение делаетмодель независимой от типа и конструкции боеприпаса. Кроме этого, принято,что мгновенно выделяющаяся мощность взрыва поглощается локализатором занекоторое время, что правомерно, так как газообразные продукты взрыва и осколки боеприпаса находятся внутри локализатора несколько минут.Значения мощностей Рнагр и Рвзр задавались в виде периодически повторяющихся импульсов с соответствующей амплитудой и продолжительностью, приэтом в модели возможно задавать различное время цикла уничтожения, в томчисле время на загрузку, нагрев боеприпаса и выгрузку осколков.Структурная схема модели ИРН, разработанная в MATLAB/Simulink, представлена на рис.

4.5.116Рис. 4.5. Структурная схема системы регулирования в среде MATLAB/SimulinkВ структурной схеме использованы следующие элементы: Step – задатчик температуры локализатора; Step1 – задатчик температуры индуктора; Step2 – задатчик режима регулирования; Step3 – задатчик тепловых потерь индуктора; Pulse Generator – блок генерации импульсов, моделирующий мощность, идущую на нагрев боеприпаса (Pнагр); Pulse Generator1 – блок генерации импульсов, моделирующий поглощение тепла локализатором при взрыве (Рвзр); Display – окно вывода задания температуры локализатора при моделировании; Display1 – окно вывода задания температуры индуктора при моделировании; Const – блок задания температуры окружающей среды; Const1, Const2 – блоки задания нулевой мощности (необходимы в качествевхода для управляемых ключей Switch1 и Switch2 при пусковом нагреве); Gain – коэффициент, показывающий какая часть активной мощности идет нанагрев индуктора; Gain1 – коэффициент усиления пропорционального регулятора мощности;117 Gain2 , Gain5 – коэффициент, учитывающий нагрев в локализатора по толщине стенки от внутренних и внешних источников теплоты; Gain3 – коэффициент усиления интегрального регулятора мощности, задаетсяравным 0; Gain4 – коэффициент усиления тиристорного регулятора; Integrator – интегрирующее звено в законе регулирования мощности; Saturation – нелинейное звено ограничения, учитывающее ограничение источника питания по мощности; Transfer Fcn – передаточная функция внешнего слоя локализатора; Transfer Fcn1 – передаточная функция индуктора; Transfer Fcn2 – передаточная функция внутреннего слоя локализатора; Transfer Fcn3 – передаточная функция внешнего слоя локализатора; Relay – нелинейный релейный элемент, использующийся при моделированиивключения и отключения питания индуктора при двухпозиционном регулировании; BK1, BK2 – передаточные функции датчиков температуры индуктора и локализатора; Switch – управляемый переключатель режимов работы системы управления – срелейного режима на непрерывный и обратно; Switch1 – управляемый переключатель, необходимый для ввода в системумощности, идущей от локализатора на нагрев боеприпаса; Switch2 – управляемый переключатель, необходимый для ввода в системумощности, поглощаемой локализатором при взрыве; Scope – виртуальный цифровой осциллограф; Clock – блок отсчета времени при моделировании; To Workspace – блок, используемый для записи результатов моделирования вфайл.1184.3.

Характеристики

Список файлов диссертации