Диссертация (Формирование характеристик дизельного двигателя при использовании системы комплексного адаптивного управления), страница 7

На Рисунке 2.2 представлена схема возможных сфер применения системы. На Рисунке2.2 обозначены: ПМ – процессорный модуль; СМ Т – специализированный модуль для железнодорожной техники (тепловозов); СМ С – модуль для судовогоприменения; СМ А – специализированный модуль для автотранспорта, в частности, для грузовых транспортных средств; СМ СТ – модуль для техники специального назначения; СМ ДГ – модуль для использования в составе стационарных энергетических установок (дизель-генераторов).Рисунок 2.2.

Модульное построение системы управления512.2. Структура системы комплексного адаптивного управления дизельными двигателямиСовременная система управления обладает сложной разветвлѐннойструктурой. Для регулирования различных контуров системы требуется большое количество датчиков и исполнительных устройств.

Обобщѐнная функциональная схема системы комплексного адаптивного управления приведена наРисунке 2.3. Объектом управления является комбинированный двигатель, состоящий из поршневой части; топливной аппаратуры; турбины и компрессора,входящих в состав агрегата турбонаддува; охладителя наддувочного воздуха;впускного и выпускного трубопроводов; системы охлаждения двигателя; системы рециркуляции отработавших газов; системы нейтрализации отработавших газов.Функциональные элементы комбинированного двигателя связаны междусобой параметрами рабочего процесса:- частотой вращения вала двигателя n;- частотой вращения ротора турбокомпрессора nт;- цикловой подачей топлива gц;- давлением наддува pк;- давлением отработавших газов pг:- расходом воздуха Gв;- расходом отработавших газов Gог;- температурами воздуха после охладителя Tв;- температурой отработавших газов Tог;- температурой охлаждающей жидкости Tохл.СКАУД включает в свой состав следующие элементы:- электронный блок, или микропроцессорный контроллер;- комплект датчиков, установленных на комбинированный двигатель;- комплект исполнительных устройств контуров регулирования, через которыеСКАУД воздействует на регулируемые параметры систем двигателя.52Рисунок 2.3.

Функциональная схема СКАУДНа функциональной схеме СКАУД цифрами обозначены следующиекомпоненты системы управления (датчики и исполнительные устройства):531. Датчик расхода воздуха;2. Клапан перепуска наддувочного воздуха;3. Исполнительное устройство направляющего аппарата турбины;4. Исполнительное устройство дозатора реагента системы нейтрализации;5. Датчик содержания оксидов азота в отработавших газах;6. Датчик давления отработавших газов;7. Исполнительное устройство заслонки впускного клапана;8. Клапан перепуска отработавших газов в обход турбины;9.

Датчик давления наддува;10. Электромагнитный клапан топливной аппаратуры;11. Исполнительное устройство заслонки канала рециркуляции;12. Датчик давления топлива;13. Датчик температуры топлива;14. Датчик частоты вращения коленчатого вала двигателя;15. Электронно-управляемый термостат;16.

Датчик температуры охлаждающей жидкости .На контроллер подаѐтся сигнал управления u, задающий режим работыдвигателя. Реализована возможность использования внешнего модуля заданиярежима работы, или передача информации по CAN-шине от персональногокомпьютера.Для реализации расширенных функций управления дизельным двигателем САУ должна иметь иерархическую структуру с верхним уровнем управления и нижним уровнем регулирования. На уровне управления осуществляетсязадание режимов работы двигателя и определение настроек контуров регулирования по матрицам оптимизированных параметров и программам коррекции.На нижнем уровне САУ, содержащем разомкнутые и замкнутые контуры регулирования, реализуются настройки, поступающие из верхнего уровня управления.

Выбор управляемых параметров определяет состав системы и набор контуров регулирования.54Функциональная схема электронного блока с указанием различных видовреализуемых алгоритмов показана на Рисунке 2.4. На схеме обозначены следующие элементы:- дизельный двигатель с турбонаддувом – комбинированный двигательвнутреннего сгорания (ДВС) с установленными на нѐм датчиками (Дт);- электронный блок (ЭБ), или микропроцессорный контроллер;- комплект исполнительных устройств (ИУ) и регулирующих органов(РО), через которые САУ воздействует на регулируемые параметры системдвигателя, являющихся объектами регулирования (ОР).Рисунок 2.4. Функциональная схема электронного блока системы комплексногоадаптивного управленияНа двигатель действуют внешние возмущающие воздействия f1, …, fm,которые изменяют режим работы двигателя. На электронный блок от управляющего устройства (УУ) подаѐтся сигнал управления u, задающий режим рабо-55ты двигателя, и поступают сигналы с датчиков необходимых для регулирования параметров рабочего процесса y1, …, yn, а также сигналы с датчиков внешних воздействий, которые используются в алгоритмах управления.Сигналы с датчиков после прохождения через входные преобразователиэлектронного блока (Вх.

пр.) приобретают форму, удобную для последующейобработки в процессорной части контроллера. Результаты обработки кодовсигналов датчиков в соответствии с заложенными в программе контроллера алгоритмами y1, …, yk поступают на выходные преобразователи (Вых. пр.) электронного блока. Выходные преобразователи формируют сигналы U1, …, Uk, необходимые для конкретных типов исполнительных устройств контуров регулирования: аналоговые, дискретные, широтно-импульсной модуляции (ШИМ).Исполнительные устройства устанавливают регулирующие органы в положения h1, …, hk, которые соответствуют заданному системой управления режимуработы двигателя.Устройство управления, контроллер и датчики являются общими элементами САУ.

Каждый контур регулирования использует сигналы необходимыхдля него датчиков. Исполнительные устройства и регулирующие органы различны в каждом контуре регулирования конкретной системы двигателя.В САУ используются типы систем и контуров управления и регулирования, отличающиеся по структуре и алгоритму работы контроллера.

Важнейшимотличительным свойством структуры контура регулирования является использование главной отрицательной обратной связи (ГООС). Применяются какразомкнутые контуры управления и регулирования, не содержащие ГООС, таки замкнутые контуры регулирования, использующие принцип регулированияпо отклонению, который реализуется с помощью ГООС.Наиболее часто в контурах регулирования дизельных двигателей используется управление со стабилизацией – замкнутый контур, в котором сигнал uустройства управления задаѐт значение регулируемого параметра yn, поддерживаемое регулятором (см. Рисунок 2.4). В контроллере на сравнивающем элементе (СЭ) в кодах xопределяется отклонение Е реального значения регулиру-56емого параметра, поступающего по главной отрицательной обратной связи, отзаданного в виде разности Е = xu – xyn.

Результат обработки отклонения по заданному закону регулирования zk поступает на преобразователь выходных сигналов и далее – на исполнительное устройство. На Рисунке 2.4 показано пропорционально-интегрально-дифференциальное (ПИД) преобразование отклонения, которое является стандартным для процессов стабилизации регулируемых параметров.При программном регулировании параметров двигателя по содержащимся в памяти контроллера матрицам оптимизированных или требуемых значенийиспользуются как разомкнутые, так и замкнутые контуры. К программному регулированию относится также формирование необходимых характеристик дизельного двигателя и коррекция его параметров на различных режимах работы.2.2.1. Контур воздействия на подачу топливаЦикловая подача топлива влияет на такие существенные характеристикидвигателя, как мощность, крутящий момент, расход топлива, эмиссию вредныхвеществ, а также на механические и термические нагрузки на двигатель.

Регулирование впрыскиваемой дозы топлива позволяет реализовать работу двигателя в режиме максимальной динамики, или же в режиме экономии топлива. Пристандартных настройках контроллера цикловая подача топлива рассчитывается,исходя из условий необходимого расхода топлива. При этом используютсяматрицы цикловых подач и углов опережения впрыска топлива для различныхрежимов работы дизеля, которые формируются при подборе первичных калибровок системы управления.Величина цикловой подачи динамически ограничена, чтобы избежать повышенных механических потерь, износа и повышенных выбросов вредных веществ (углеводородов, оксидов азота и углерода, сажи). Контроллер определяетограничение по цикловой подачи с учѐтом:- частоты вращения коленчатого вала;57- массового расхода воздуха на впуске;- давления наддува (пневмокоррекция);Величина цикловой подачи рассчитывается контроллером двигателем, исходяиз:- положения педали управления;- частоты вращения двигателя;- массы поступающего воздуха;- температуры охлаждающей жидкости;- температуры топлива;- температуры и давления наддувочного воздуха.В контуре управления системой топливоподачи, прежде всего, формируются скоростные характеристики дизелей.