Диссертация (Формирование характеристик дизельного двигателя при использовании системы комплексного адаптивного управления), страница 9

Регулирующее воздействие определяется следующим образом:[( )]∫[( )]()Базовая часть сигнала определяется по заранее созданной матрице значений P(щения) для режимов работы двигателя в соответствии с частотой вра-и цикловой подачей. Вывод режимов работы компрессора с ли-нии помпажа в динамике достигается добавлением к базовой части управляющего сигнала корректирующего воздействия, определяемого в соответствии сПИ законом регулирования по отклонению давления наддува pк от линии ограничения давления( ), которая обеспечивает расположение режимов работыкомпрессора вблизи линии помпажа с заданным запасом.652.2.3. Контур регулирования системы охлажденияВ системе охлаждения контроллером поддерживается оптимальная дляразличных режимов температура охлаждающей жидкости.

Это обеспечиваетсяза счѐт управляемого термостата. Термостат переключает циркулированиеохлаждающей жидкости с малого круга на большой, как только двигатель прогревается до рабочей температуры.Обычно, для конкретного двигателя на стадии формирования калибровоксистемы управления определяются три температурных интервала функционирования системы охлаждения, которые разделяются нижним и верхним пределами по температуре охлаждающей жидкости.

В зависимости от текущего значения температуры охлаждающей жидкости система управления дизелем организует три режима работы системы охлаждения.1. Циркуляция по малому контуру (температура охлаждающей жидкостименьше значения нижнего предела) – термостат закрыт.

Перепускной клапаннаправляет охлаждающую жидкость к насосу. Оттуда жидкость вновь подаѐтсяв двигатель. Этот режим служит для быстрого прогрева двигателя.2. Смешанный режим (температура охлаждающей жидкости между нижним и верхним пределами) – термостат частично открыт. Часть жидкости, циркулируя по малому контуру, проходит через радиатор и смешивается с остальной частью, которая возвращается в рубашку охлаждения двигателя, минуя радиатор.3. Циркуляция по большому контуру (температура охлаждающей жидкости больше верхнего предела) – термостат полностью открыт.

Вся жидкостьпроходит через радиатор.Радиатор системы охлаждения имеет вентилятор обдува с механическимили электрическим приводом, который обеспечивает стабильный конвективныйунос тепла с поверхности радиатора. В случае электрического привода вентилятора на систему управления возлагается дополнительная функция по подключению обдува по сигналу температуры охлаждающей жидкости в радиато-66ре.Примеханическомприводевозможноиспользованиеэлектронно-управляемой муфты, которая размыкается в то время, когда не требуется значительное охлаждение.

Использование отключаемого обдува позволяет ускоритьпроцесс прогрева двигателя и снизить потери на привод дополнительных агрегатов.2.2.4. Контур регулирования системы нейтрализации отработавших газовОсновной задачей системы нейтрализации является снижение эмиссиивредных веществ [87].

Основным датчиком в системе нейтрализации являетсякислородный датчик, также называемый лямбда-зондом. По сигналу данногодатчика определяется остаточное содержание кислорода в отработавших газах.При избытке доли кислорода в отработавших газах производится рециркуляцияс целью снижения температуры сгорания и уменьшения выбросов оксидов азота. Для правильного функционирования лямбда-зонда на холостых оборотахдвигателя используется нагревательный элемент. Он подогревает отработавшиегазы до необходимой для верного измерения температуры. Благодаря управляемому подогреву происходит повышение точности и чувствительности измерений содержания кислорода. Это приводит к улучшению экологических показателей дизельного двигателя [88].Более перспективной системой нейтрализации является система с подачей раствора мочевины в выпускной коллектор.

При этом достигается снижение выбросов оксидов азота, благодаря реакции разложения оксидов на составляющие [89]. Управление объѐмом подачи реагента производится посредствомэлектромагнитного клапана. При холодном пуске двигателя система перекрывает подачу реагента. Объѐм впрыска реагента зависит от температуры нейтрализатора, а также от нагрузки на двигатель и частоты вращения коленчатоговала и непрерывно рассчитывается контроллером. Контуры управления исполнительными устройствами системы нейтрализации обычно являются разомкну-67тыми, с заданием матриц необходимых значения. Это связано со сложностьюмгновенных измерений показателей токсичности при работе двигателя.2.2.5. Контур регулирования системы рециркуляции отработавших газовПри рециркуляции, часть отработавших газов снова поступает в процесссгорания. Так как отработавшие газы содержат очень мало кислорода, снижается максимальная температура сгорания и сокращается выброс оксидов азота(NOX).Рециркуляция отключается при высоких оборотах дизеля.Регулируемым параметром системы рециркуляции является степень рециркуляции отработавших газов.

Степень рециркуляции фактически соответствует объѐму газов, перепускаемых из выпускного коллектора на впуск двигателя. Для расчѐта управляющего воздействия используются следующие сигналы:- частота вращения коленчатого вала;- цикловая подача топлива;- массовый расход воздуха;- температура наддувочного воздуха;- давление наддува;- содержание кислорода в отработавших газах.При развитой системе нейтрализации используется один или несколькокислородных датчиков (лямбда-зондов) [89]. При использовании сигнала кислородного датчика возможно очень точное регулирование степени рециркуляции для обеспечения минимальных выбросов вредных веществ.

При отклонении содержания кислорода от заданной величины контроллер управляет клапаном рециркуляции и увеличивает или уменьшает количество рециркулируемыхотработавших газов. Если содержание кислорода велико, то степень рециркуляции увеличивается. Если содержание кислорода слишком низкое, то степеньрециркуляции уменьшается.682.3. Технические и программные средства системы комплексного адаптивногоуправления дизелямиНа Рисунке 2.7 приведена фотография, демонстрирующая внешний видэлектронного блока управления дизелем.Рисунок 2.7. Внешний вид электронного блока СКАУДВ разработанном образце СКАУД в качестве процессора электронногоблока использовано многофункциональное устройство Delfino TMS320F2837xD–двуядерный микроконтроллер со встроенными аналоговой подсистемой и интерфейсами передачи данных [90]. Системы управления реального времени основаны на передовых 32-битных процессорах Texas Instruments TMS320C28x ивключают в себя две подсистемы CLA, которые обеспечивают дополнительнуюгибкость при создании таких приложений, как параллельные алгоритмы управления и другие.

Возможно достижение производительности до 800 MIPS.69Устройство TMS320F2837xD содержит ускоритель TMU, который значительно уменьшает количество циклов, необходимое для вычисления стандартных тригонометрических функций. Также имеется узел комплексных вычислений Витерби второго поколения, VCU-II, с ускоренной обработкой операцийВитерби, комплексного умножения и вычислением CRC.TMS320F2837xD поддерживает до 1 МБ ECC-защищѐнной встроеннойфлеш-памяти и до 204 КБ STAM с ECC или чѐтностью. Две независимые зоныбезопасности также доступны для 128-битной защиты кода.

Имеются такие высокоточные периферийные устройства управления, как улучшенные модуляторы импульсов (ePWM) с защитой от сбоев, энкодеры, захваты и др.Аналоговая подсистема имеет четыре 16-битных АЦП и восемь подсистем компараторов (CMPSS). Каждая подсистема включает в себя два компаратора и может быть использована в режиме пикового тока или в оконном режиме. В дополнение, устройство содержит три 12-битных ЦАП.Доступны также периферийные устройства передачи данных, такие какдвойные интерфейсы внешней памяти (EMIF), двойные интерфейсы CAN 2.0, атакже uPP – высокоскоростная параллельная шина данных, которая позволяетнапрямую подсоединяться к программируемым логическим интегральным схемам (ПЛИС) и другим устройствам со схожим интерфейсом.

Порт USB 2.0 сMAC и PHY позволяет пользователям добавлять поддержку USB в свои приложения.Второй модуль электронного блока является специализированным. Онсодержит каналы преобразования входных и выходных сигналов электронногоблока и предназначен для связи процессорного модуля с датчиками и исполнительными устройствами двигателя, для которого разрабатывается контроллер.Структура и аппаратурный состав такого специализированного модуля соответствует набору и типу датчиков и исполнительных устройств конкретногодвигателя.Анализ показывает, что можно сформировать типовой набор датчиков иисполнительных устройств, используемых на современных двигателях.

Это да-70ѐт возможность проводить унификацию и при разработке специализированныхмодулей, формируя их структуру, схемный и аппаратурный состав путѐм выбора необходимых каналов преобразования сигналов для датчиков и исполнительных устройств, которые установлены на данном двигателе, из предварительно составленного типового набора стандартных каналов.В разработанном образце СКАУД в качестве типового реализован следующий вариант специализированного модуля электронного блока.Сбор первичной обработки показаний от датчиков осуществляется в регистрах ПЛИС.