Gázturbinás sugárhajtómű tüzelőanyag szivattyújának elektronikus szabályozása
A dolgozat célja a TKT-1 gázturbinás kísérleti célú laboreszközhöz tartozó, különálló 924-es tüzelőanyag szivattyút magába foglaló próbapadon található, a gázturbinával összekapcsolható szivattyú irányításának elkészítése. A szivattyú kézi vezérléssel sajnos nem alkalmas stabil, mérésre is megfelelő üzemre, így ehhez szabályzás szükséges. Ehhez a rendszer matematikai modelljét mérés alapján történő identifikációval kívánjuk megalkotni, hogy ez alapján zárt hurkú szabályozást tervezhessünk, amit majd a TKT-1-es eszközön való méréshez is fel fogunk később használni. A cél, hogy később ezzel a két egységgel együttesen alternatív tüzelőanyagok égési tulajdonságait és gázturbinákon való alkalmazhatóságát vizsgáljuk.
Az adatok mérése és kiértékelése egyetlen ARM mbed LPC1768 típusú mikrokontrollerrel történik, amelyre különböző, releváns mérési paramétereket rögzítő mérőegységet kötünk be. Ezen paraméterek a két, identifikációval összekapcsolt értékek, valamint a későbbi gázturbinás üzemhez szükséges változók lesznek, azaz a fordulatszám, az impulzusszélesség-modulált kimeneti vezérlő jel és az éppen átszállított tüzelőanyag tömege, amely egy hozzátartozó időegység alatt tömegárammá konvertálható. A fordulatszámot egy Hall-szenzor segítségével mérjük , amely a szivattyú tengelyének végére rögzített mágnes segítségével a fordulatszámmal arányos frekvenciájú négyszögjelet bocsájt ki, melynek aktív periódusát a mikrokontrollerrel rögzíteni tudjuk. A referencia jelet a számunkra egy potenciométer, vagy később számítógép fogja szolgáltatni. A szivattyú által szállított tömegáramot egy erőmérő cellára felfüggesztett tartály tömegének méréséből tervezzük származtatni. A mikrokontroller a követő szabályzáshoz elengedhetetlen feladatai így többszörösek lesznek: a négyszögjel alapján a fordulatszám meghatározása, egy referencia érték alapján a megfelelő vezérlő kimenet beállítása, a kifogyasztó tartályban lévő tüzelőanyag tömegének mérése.
A rendszer átviteli függvényét a már előbb említett referencia jel periodikus szinuszos, egyre növekvő frekvenciájú megzavarásával tudjuk meghatározni. A nyers adatokat ezután MATLAB-ba importáljuk, ahol az elérhető identifikációs technikák, mint például az output-error-módszer, alkalmazása után megkapjuk a rendszer átviteli függvényét. Erre a kapott modellre szintén a MATLAB-ban egy egyszerű PID szabályozást tervezünk, amelyet implementálunk a mikrokontrollerbe. Ekkor az a megfelelő belső számítások után képes lesz a kimeneti jel referencia érték szerinti pontos, eltérések nélküli tartására, így a rendszer további tulajdonságai is mérhetőek lesznek.
Ahhoz, hogy a megfelelő módon és később a gázturbinához is használhatóan egyszerűen tudjuk ezeket az adatokat megjeleníteni, valamint tárolni és akár kézzel vezérelni is, a mikrokontrollert számítógéppel fogjuk összekötni USB csatlakozáson keresztül, így soros kommunikációval az általunk kívánt adatot megjeleníthetjük és rögzíthetjük a számítógépen. Mivel fontos aspektus a számítógéppel történő kezelés és vezérlés, így nemcsak egyéni parancskódokat hozunk létre a terminál felületéről való vezérléshez, hanem egy grafikus kezelőfelület megalkotását is kitűzzük célul, ahol egy LabVIEW programban elkészített felületen valós időben jeleníthetőek meg a kontroller által küldött adatok, valamint különböző kapcsolók és előre beállított csúsztatható elemek segítségével a kívánt értékre állíthatjuk a vezérelt paramétereket. Voltaképpen így egyszerűbb és látványosabb felületet kapunk, amely nem csak terminálon keresztül működtethető. A könnyebb hibaelhárítás végett azonban egy Bluetooth-modul segítségével soros kommunikációval viszont továbbra is lehetőségünk lesz arra, hogy a kontrollernek küldött célszerű parancs után folyamatosan küldjön számunkra adatot, valamint, hogy külső meghajtóra is lehessen ezeket rögzíteni, implementálunk egy SD-kártya foglalatot is.
szerző
-
Bánfi Bendegúz Balázs
Járműmérnöki
alapképzés (BA/BSc)
