Диссертация (Формирование характеристик дизельного двигателя при использовании системы комплексного адаптивного управления), страница 6

Спецификации были расширены по запросам судостроителей, железнодорожников, сельского хозяйства, производителей лесной, дорожной, горнодобывающей техники и др. [78].Общемировая тенденция развития методов управления двигателяминаправлена на создание систем комплексного управления, которые позволяютсогласовать работу всех подсистем энергетической установки с целью обеспечения заданных характеристик двигателя. При наличии таких систем управления у зарубежных производителей отечественные двигателестроительные заводы вынуждены закупать у них интеллектуальные компоненты, так как у отечественных компаний отсутствуют разработки систем комплексного управления своздействиями на турбонаддув и другие системы двигателя.

Полезная информация о возможных технических решениях при обосновании структуры разработанной системы комплексного управления, была получена в результате обзора систем управления таких ведущих мировых производителей, как Bosch,Heinzmann, Woodward и др.441.5. Цель работы и постановка задач исследованияАнализ информационных материалов по теме исследования показал, чтодля выполнения требований, предъявляемых к современным двигателям, необходимы комплексные адаптивные системы управления. При наличии таких систем управления у передовых мировых производителей отечественные комплексные системы управления не разработаны. На основе проведѐнного анализа сформулированы цель и задачи работы.Цель работы. Разработать комплексную систему управления дизельнымидвигателями и провести исследование возможностей формирования необходимых статических и динамических характеристик перспективного среднеоборотного дизельного двигателя.Задачи работы.

Для достижения поставленной цели необходимо решитьследующие задачи:- разработать структуру и технические средства системы комплексногоадаптивного управления дизельными двигателями;- сформировать функции и алгоритмы системы комплексного адаптивного управления и разработать программное обеспечение электронного блокауправления;- разработать математическую модель и компьютерную программу длярасчѐта статических и динамических характеристик дизельного двигателя свозможностью проведения расчѐтов в реальном масштабе времени;- провести расчѐтные исследования по определению статических и динамических характеристик перспективного дизельного двигателя;- определить первичные калибровки системы управления;- провести экспериментальные исследования разработанной системыуправления.45Выводы по главе 11.

Анализ влияния параметров рабочего процесса на характеристики двигателей показывает, что выполнить предъявляемые к современным двигателямтребования по показателям экономичности и экологии можно только комплексным воздействием на основные системы двигателя и настройкой параметров этих систем в зависимости от режима работы двигателя. Для реализациивоздействий на системы двигателя необходима комплексная адаптивная система управления, формирующая регулирующие воздействия на основные системы двигателя с адаптацией к различным режимам работы.2.

Для проведения расчѐтных исследований при разработке системы комплексного адаптивного управления необходимо создание математической модели дизеля и системы управления и соответствующей компьютерной программы, обеспечивающей оперативный расчѐт переходных процессов при достаточной точности и быстродействии.3. В результате анализа программ, применяемых для расчѐта рабочегопроцесса двигателей и систем управления, таких, как AVL BOOST и FIRE,KIVA, STAR-CD, GT-Power, Дизель-РК, ASCET, Matlab, LabView, принято решение об использовании программы Дизель-РК для расчѐта параметров рабочего процесса и универсального комплекса Matlab/Simulink для расчѐта статических и динамических характеристик системы управления.4.

В результате анализа систем управления ведущих мировых производителей в данном направлении техники получена информация о структуре комплексных систем управления и каналах взаимодействия электронных блоков сдвигателем.5. Создание отечественной комплексной системы управления позволитобеспечить импортозамещение для целого ряда стратегических направленийиспользования дизельных двигателей.46Глава 2.

Система комплексного адаптивного управлениядизельными двигателями2.1. Концепция построения системы комплексного адаптивногоуправления дизельными двигателямиПерспективные системы автоматического регулирования (САУ) должныобладать рядом свойств, которые направлены на обеспечение требований,предъявляемых к комбинированным двигателям. САУ должны быть комплексными с воздействием на такие основные системы двигателя, как топливоподача, воздухоснабжение (систему впуска и турбонаддув), рециркуляцию отработавших газов, систему охлаждения, систему нейтрализации отработавших газов[80-83]. В комплексной системе управления должна быть предусмотрена диагностика как двигателя, так и самой системы.

САУ должны быть адаптивнымив смысле приспособления системы и двигателя к различным режимам и условиям работы. САУ с микропроцессорными контроллерами должны обеспечивать оптимизацию работы дизелей в поле режимов по выбранным критериям,включающим показатели экономичности и экологии, прежде всего – по выбросам токсичных компонентов в отработавших газах. Оптимизация работы САУдолжна осуществляться как на установившихся, так и на неустановившихсярежимах.Появились новые подходы к построению алгоритмов управления дизелем, что предоставило разработчикам возможность создания комплексныхадаптивных САУ. Сегодня создалось положение, когда возможности САУ двигателями с микропроцессорными контроллерами используются не достаточнополно.

Такие САУ представляют принципиально новый уровень развития систем управления, что приводит к необходимости разработки новых подходов ихпостроения [84-86].Для наиболее полного использования возможностей микропроцессорногоуправления современная система комплексного адаптивного управления ди-47зельными двигателями (СКАУД) должна обладать следующими принципиальными свойствами.1. Комплексность системы управления.Комплексная система управления предусматривает регулирование параметров рабочего процесса дизеля, воздействие на которые позволяет оптимизировать работу двигателя и всей энергетической установки в целом на различных режимах.

Комплексная система управления (Рисунок 2.1) включает контуры управления системами топливоподачи, воздухоснабжения, рециркуляцииотработавших газов, охлаждения, нейтрализации отработавших газов.На Рисунке 2.1 приведены следующие регулируемые параметры в управляемых системах двигателя. В системе топливоподачи: цикловая подача топлива gц, угол опережения впрыска топлива Ө, вид характеристики впрыска gц(t).В системе воздухоснабжения: давление наддува pк, давление отработавших газов перед турбиной pт, расход газов через турбину Gт, положение заслоноквпускных клапанов hвк.

В системе рециркуляции – количество отработавшихгазов, перепускаемых на рециркуляцию Gр. В системе охлаждения – температура охлаждающей жидкости Тох.Рисунок 2.1. Комплексность системы управленияКомплексность системы управления должна проявляться не только в воздействии на несколько параметров рабочего процесса, а и в интеграции СКАУДдвигателем в общую систему управления энергетической установкой и потре-48бителем энергии, т.к. наибольший эффект даѐт согласование режимов работыдвигателя с условиями функционирования всей установки.2.

Адаптивность системы управления.Виды адаптации СКАУД:- адаптация в смысле установки значений регулируемых параметров в зависимости от режима работы двигателя, т.е. адаптация рабочего процесса двигателя к условиям работы;- адаптация самой системы управления к различным режимам работыдвигателя, т.е.

адаптация настроек самой системы – алгоритмов управления изаконов регулирования.При адаптации первого вида значения регулируемых параметров устанавливаются в зависимости от режима работы двигателя по матрицам, заранеезаписанным в память контроллера, или по заданным в программе контроллераматематическим зависимостям. Обычно, режим работы двигателя определяетсясовокупностью частоты вращения и нагрузки.Примером адаптации второго типа является изменение коэффициентовзакона регулирования параметра двигателя на различных режимах работы.3.

Иерархическое построение системы управления.Для реализации расширенных функций управления дизелем СКАУДдолжна иметь двухуровневую структуру построения.Верхний уровень – уровень управления, на котором осуществляется задание режимов работы дизеля и определение настроек контуров регулированияпо матрицам оптимизированных параметров и программам коррекции.Нижний уровень – уровень регулирования, состоящий из контуров (каналов) регулирования параметров дизеля, в которых осуществляется установканастроек, поступающих из верхнего уровня управления.Разрабатываемый контроллер системы комплексного адаптивного управления предназначен для установки на двигатели различного назначения и размерности.

Для обеспечения функции наибольшей адаптации оборудования к49возможным вариантам использования принята концепция построения электронного блока в виде модулей.Один из модулей является универсальным и может устанавливаться вэлектронные блоки различных двигателей. Он содержит неизменную по аппаратурному составу процессорную часть, в которой в соответствии с заложенными алгоритмами реализуются программы управления системами двигателя.При установке на двигатели различного типа изменяются программы управления, записанные в память процессорного модуля, который аппаратурно остаѐтся неизменным.Программное обеспечение, записанное в процессорном модуле, свободноконфигурируется под различные двигатели.

Использование стандартных библиотек низкого уровня позволяет быстро производить переход к новому варианту системы. Схемы и аппаратурный состав каналов формирования входных ивыходных сигналов определяются необходимыми преобразованиями сигналов сдатчиков из физического вида в форму, требуемую для процессорного модуля,а также преобразованиями регулирующих сигналов, вырабатываемых процессором, из двоичного кода в физический вид для исполнительных устройств системы управления.Второй модуль электронного блока является специализированным ипредназначен для связи процессорного модуля с конкретными датчиками и исполнительными устройствами двигателя, для которого разрабатывается контроллер. Такой специализированный модуль содержит каналы преобразованиявходных для электронного блока сигналов с датчиков и выходных сигналов наисполнительные устройства.

Схемы и аппаратурный состав каналов формирования входных и выходных сигналов определяются необходимыми преобразованиями сигналов с датчиков из физического вида в форму, требуемую дляпроцессорного модуля, а также преобразованиями регулирующих сигналов,вырабатываемых процессором, из двоичного кода в физический вид для исполнительных устройств системы управления.50Для обеспечения связи универсального модуля электронного блока соспециализированными модулями различных двигателей необходимо вставлятьв программу процессорной части соответствующие блоки, содержащие программы обработки входных и выходных сигналов.Принятая концепция модульного построения контроллеров систем управления обеспечивает удобство разработки и адаптации электронных блоков дляиспользования на двигателях различного назначения и размерности.