Динамічні характеристики гідроприводу робочого колеса поворотно-лопатевої гідротурбіни

Abstract

У статті досліджується робочий процес мехатронного гідроприводу робочого колеса поворотно-лопатевої гідротурбіни на основі удосконаленої математичної моделі. Поліпшення показників якості динамічних характеристик забезпечено введенням в пристрій управління двох ПІД-регуляторів з диференціальним ізодромним каналом налаштування. Відпрацювання малих переміщень поршня сервомотора (малих кутів повороту лопатей) з достатньою для практики точністю досягнуте шляхом постановки і вирішення задачі динамічного синтезу коригувального пристрою. Значення отриманої кривої вводяться в програмне забезпечення системи управління і в процесі роботи надходять в пропорційний канал ПІД-регулятора, перетворюючи його в коригувальний пристрій. При цьому одночасно досягнута інваріантність робочого процесу, в тому числі, в режимі малих кутів повороту лопатей гідротурбіни. Дана оцінка впливу збільшення газовмісту в двофазній робочій рідині до 15 %. Отримані результати підтверджують необхідність зниження газовмісту в робочій рідині, що викликає коливання тиску в об'ємному гідроприводі, причому двофазна робоча рідина викликає більш суттєві коливання, ніж однофазна. Результати проведених досліджень можуть бути використані при розробці нових об'ємних гідроприводів та дозволяють аналізувати динамічні характеристики гідроприводів різного призначення. Оптимізація проводилася методом проб і помилок та методом Polak Ribiere пакета VisSim для здобуття синтезованої нелінійної залежності коефіцієнта розузгодження е. Дослідження динамічних процесів проводилось в пакеті імітаційного моделювання VisSim і дана оцінка показникам якості перехідних процесів для забезпечення заданої точності при малих переміщеннях сервомотора.

The working process of the mechatronic hydraulic drive of the runner of a Kaplan hydraulic turbine on the basis of an improved mathematical model is studied in the article. Improvement of the quality parameters of the dynamic characteristics is provided by the integration of two PID controllers with differential isodromic tuning channel into a control device. The development of small displacements of the servomotor piston (small angles of blade rotation) with sufficient accuracy for practice was got by formulating and solving the problem of dynamic synthesis of the correcting device. The values of the obtained curve are fed into the control system software. In the process of operation this data is fed to the proportional channel of the PID controller, turning it into a correcting device. At the same time, the invariance of the operating process is achieved, including in the mode of small angles of rotation of the hydraulic turbine blades. The estimation of the impact of increasing gas content in the two-phase working fluid up to 15 % is given. The obtained results confirm the need to reduce the gas content in the working fluid, causing pressure fluctuations in the volumetric hydraulic drive, and the two-phase working fluid causes more significant fluctuations than single-phase one. The results of the conducted research can be used in the development of new volumetric hydraulic drives, making it possible to analyze dynamic characteristics of hydraulic drives for various purposes. Optimization was carried out by the trial-and-error method and the Polak Ribiere method in the VisSim package to obtain a synthesized nonlinear dependence of the mismatch coefficient e. The study of dynamic processes was carried out in the VisSim simulation package. The estimation of the quality parameters of transient processes to ensure the specified accuracy at small movements of the servomotor was given.