Автореферат (Формирование характеристик дизельного двигателя при использовании системы комплексного адаптивного управления), страница 2

Материалы исследований опубликованы в 8 статьях, из них: 3– в российских изданиях перечня рецензируемых научных журналов ВАК РФ, 3 –в изданиях, входящих в международную базу цитирования Scopus. Общий объёмосновных работ – 2,2 печатных листа. С участием автора получено два свидетельства на программы для ЭВМ.Структура и объём работы. Диссертационная работа состоит из введения,четырёх глав, выводов и библиографического списка.

Содержит 171 страницу машинописного текста, в том числе 83 рисунка, 15 таблиц. Библиографический список содержит 109 наименований, в том числе 55 на иностранном языке.СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫВо введении обоснована необходимость создания отечественной системыкомплексного управления для дизельных двигателей с учётом регулирующих воздействий на различные системы: топливоподачу, воздухоснабжение и др. Создание перспективной системы требует глубокой теоретической проработки вопроса,в том числе, разработки математической модели, учитывающей регулирующиевоздействия на топливоподачу и воздухоснабжение, с возможностью анализа различных алгоритмов управления.В первой главе проведён анализ работ, опубликованных по теме диссертации.

В рамках анализа научно-технической и нормативной документации выявлены основные требования, предъявляемые к современным дизельным двигателям исистемам управления. Двигатели транспортных средств работают в широком диапазоне изменения частоты вращения вала и нагрузки как на установившихся, так ина неустановившихся режимах. К данным двигателям применяются наиболеестрогие нормативы по показателям экономичности и экологии. Одним из основных направлений обеспечения высоких требований по экологии, экономичности идинамическим показателям двигателей транспортных установок является совершенствование систем управления.Современная система управления должна обладать регулирующими воздействиями на различные системы дизеля: топливоподачу, воздухоснабжение, охлаждение и др.

Каждая из систем комбинированного двигателя оказывает влияние напоказатели экономичности и токсичности. При этом все системы двигателя связаны между собой единым рабочим процессом и влияют друг на друга. Поэтому приопределении требуемых настроек отдельных систем двигателя следует учитывать4их взаимное функционирование и взаимодействие. Наибольший эффект даёт комплексное согласованное использование мероприятий по обеспечению требуемыххарактеристик и параметров комбинированного двигателя.В результате анализа программ, применяемых для расчёта рабочего процесса двигателей и систем управления, таких, как AVL BOOST и FIRE, KIVA, STARCD, GT-Power, Дизель-РК, ASCET, Matlab, LabView, принято решение об использовании программы Дизель-РК для расчёта параметров рабочего процесса и универсального комплекса Matlab/Simulink для расчёта статических и динамическиххарактеристик системы управления.Общемировая тенденция развития методов управления двигателями направлена на создание систем комплексного управления, которые позволяют согласовать работу всех подсистем энергетической установки с целью обеспечения заданных характеристик двигателя.

Полезная информация о возможных техническихрешениях при обосновании структуры разработанной системы комплексногоуправления, была получена в результате обзора систем управления таких ведущихмировых производителей, как Bosch, Heinzmann, Woodward и др.Вторая глава посвящена разработке системы комплексного адаптивногоуправления (СКАУД). Ключевыми особенностями разработанной системы управления является комплексность и возможность адаптировать систему для различных областей применения дизельных двигателей и режимов их работы. В системекомплексного адаптивного управления (Рисунок 1) заложены каналы управленияследующими подсистемами: топливоподачи, воздухоснабжения, охлаждения,нейтрализации и рециркуляции.Рисунок 1. Система комплексного адаптивного управленияНа Рисунке 1 красными точками обозначены основные датчики, синими –исполнительные устройства соответствующих систем двигателя.5Функциональные элементы комбинированного двигателя связаны между собой параметрами рабочего процесса: частотой вращения вала двигателя nд , частотой вращения ротора турбокомпрессора nт, цикловой подачей топлива gц, давлением наддува pк, давлением отработавших газов pг, давлением топлива pтопл, расходом воздуха Gв, расходом компрессора Gк, расходом отработавших газов Gог, расходом рециркулируемых отработавших газов Gр, расходом через турбину Gт, температурой воздуха после охладителя Tв, температурой отработавших газов Tог,температурой охлаждающей жидкости Tохл, температурой топлива Tтопл, крутящиммоментом двигателя Mд, моментом сопротивления Mс, моментом компрессора Mк,моментом турбины Mт.Разработанный электронный блок системы управления предназначен дляустановки на двигатели различного назначения и размерности.

Для обеспеченияфункции наибольшей адаптации оборудования к возможным вариантам использования принята концепция построения электронного блока в виде модулей. Процессорный модуль является универсальным и может устанавливаться в электронные блоки различных двигателей. Второй модуль электронного блока являетсяспециализированным и обеспечивает связь процессорного модуля с датчиками иисполнительными устройствами конкретного двигателя, для которого предназначена система управления.Функциональная схема системы управления с указанием различных видовреализуемых алгоритмов показана на Рисунке 2.В состав функциональнойсхемывходятследующиеэлементы:- дизельный двигательстурбонаддувом(ДВС) с установленными на нём датчиками (Д);- устройство управления (УУ);- электронный блок(ЭБ),включающийРисунок 2.

Функциональная схема системы управлениявходные и выходныепреобразователи сигналов (Вх.пр. и Вых.пр.) и алгоритмы управления;- комплект исполнительных устройств (ИУ) и регулирующих органов (РО) отдельных контуров регулирования, через которые СКАУД воздействует на регулируемые параметры yi систем двигателя, являющихся объектами регулирования(ОР). На схеме также показаны внешние воздействия на двигатель fi и управляющее воздействие u.Для различных контуров управления используются алгоритмы программного управления, стабилизации параметров по ПИД-закону, а также их комбинация.В разработанном образце ЭБ реализовано достаточное для большинства дизельных двигателей количество каналов приёма сигналов с датчиков: 3 датчикаХолла, индукционный датчик, 4 потенциометрических датчика, 8 токовых датчи6ков стандарта 4..20 мА, 5 терморезисторов типа PT1000, 3 терморезистора типаPT200, 4 аналоговых входа до 5 В, датчик атмосферного давления, технологический датчик температуры.

Для управления исполнительными устройствами СКАУД предусмотрено: 20 каналов стабилизированных регулируемых токовых выходов для управления электромагнитными клапанами форсунок, 24 канала ШИМрегуляторов, 4 канала аналоговых выходов по напряжению с токовой нагрузкой до15 мА.В электронном блоке использован цифровой сигнальный процессор с производительностью до 800 млн.

операций в секунду. Для повышения быстродействияработы электронного блока выполнение математических операций распределеномежду процессором и программируемой логической интегральной схемой.На Рисунке 3 показана фотография изготовленного образца электронного блока системыуправления. При разработке программного обеспечения былииспользованы подходы объектно-ориентированного программирования. Для взаимодействияЭБ с датчиками и исполнительными устройствами разработаныуниверсальныепрограммныепроцедуры, многократно испольРисунок 3.

Электронный блок СКАУДзуемые в программе управления.Для стабилизации частоты вращения используется пропорциональноинтегральное регулирование. Продолжительность впрыска:( ) = п ∗ + и ∗ ( ),где – отклонение частоты вращения, п – коэффициент пропорциональной составляющей, и – коэффициент интегральной составляющей, ( ) – значение интеграла отклонения на i-м шаге работы.При определении интеграла ( ) используется адаптивный алгоритм, позволяющий изменить интенсивность регулирующего воздействия в зависимости отрежима работы двигателя. Формула, реализующая расчёт интеграла:( ) = ( − 1) + ∗ ∗ стаб ( ) ∗ хх д ,где– шаг интегрирования, стаб ( ) – коэффициент, зависящий от отклонения,хх ( д ) – коэффициент, зависящий от частоты вращения.

Коэффициент стаб позволяет повысить стабильность работы вблизи заданного режима работы, когда отклонение мало по величине. Коэффициент хх позволяет повысить стабильностьподдержания частоты вращения при режимах, близких к холостому ходу на малойчастоте вращения. Накопление интеграла происходит только в случае, если значение интегральной составляющей меньше допустимого.Для формирования статических и динамических характеристик турбокомпрессора с турбиной изменяемой геометрии предложен новый алгоритм определения управляющего сигнала контура задания положения направляющего аппарататурбины с целью уменьшения возможного времени работы компрессора на режи7мах помпажа в переходных процессах.

Регулирующее воздействие определяетсяследующим образом:=п∗к−огр ( т )+и∗к−огр ( т )+g цикл , nд .Базовая часть сигнала определяется по заранее созданной матрице значенийP g цикл , nд для режимов работы двигателя в соответствии с частотой вращения nди цикловой подачей g цикл . Вывод режимов работы компрессора с линии помпажав динамике достигается добавлением к базовой части управляющего сигнала корректирующего воздействия, определяемого в соответствии с ПИ законом регулирования по отклонению давления наддува pк от линии ограничения давленияpогр (nт ), которая обеспечивает расположение режимов работы компрессора вблизилинии помпажа с заданным запасом.В третьей главе представлены результаты расчётного исследования.На этапе формирования контуров и алгоритмов разработанной системыуправления в качестве объекта исследования выбран перспективный дизельныйдвигатель типа Д500 производства ОАО «Коломенский завод».