Диссертация (1024783), страница 25

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 25)

При этом ziз=0 при t<τ и ziз=zi при t>τ.Коэффициент усиления звена задержки равен единице:kз  1 ,(4.38)а фазовый сдвиг рассчитывался по формуле, град: з  arctg(tз )180.(4.39)Текущее значение частоты вращения по синусоидальным сигналам(звено расчета текущей частоты вращения) определялось по выражению,мин-1:nт  kрч ziз ,(4.40)где kрч=60/zi – коэффициент усиления звена расчета текущей частотывращения, с/ мин-1.

Этот коэффициент может быть определен по формуле,с/мин-1:kрчaw2  bw2,cw2  dw2(4.41)а фазовый сдвиг равен нулю в соответствии с формулой, град: рч  arctgbw  cw  aw  dw 180 0o ,aw  cw  bw  dw (4.42)183где aw=kрч, с/мин-1; bw=0; cw=1, мин-1; dw=0.Текущеезначениечастотывращенияпослефильтрации(звенофильтрации) определялось по выражению, мин-1:nф dnфdtTф  nт ,(4.43)где nф – текущее значение частоты вращения вала после фильтрации, мин-1;dnф/dt – текущее значение скорости изменения частоты вращения вала послефильтрации, мин-1/с; Тф – постоянная времени звена фильтрации, с.Коэффициентусилениязвенафильтрациирассчитывалсясиспользованием соотношения:aw2  bw21,kф 2 2cw2  dw21  Т ф(4.44)а фазовый сдвиг – по формуле, град: ф  arctgbw  cw  aw  dw 180180, arctg (Tф )aw  cw  bw  dw (4.45)где aw=1 мин-1; bw=0; cw=1 мин-1; dw=Тф·ω.ПИД-звено, устанавливаемое после звена фильтрации, формируетнапряжение, которое затем подается на электромагнит ИУ.

Это напряжениеподчиняется закону, определяемому формулой, В:U  k1 n  k2dn k3  n dt ,dt(4.46)184где n=(nф - nз) – разность между текущей частотой вращения nф (после звенафильтрации) и заданной частотой вращения nз, мин-1; k1 – пропорциональныйкоэффициент регулирования, В/мин-1; k2 – дифференциальный коэффициентрегулирования, В·с/мин-1; k3 – интегральный коэффициент регулирования,В/(c·мин-1).Коэффициент усиления ПИД-звена рассчитывался по формуле, В/мин-1:kпидaw2  bw2(k3  k2 2 )2  k12 2,cw2  dw2(4.47)а фазовый сдвиг – по выражению, град: пидk3  k 2 2 180bw  cw  aw  dw 180, arctg arctgaw  cw  bw  dw k1(4.48)где aw=k3 - k22, В/с2·мин-1; bw=k1, В·с/мин-1; cw=0; dw=1 В/с.Коэффициент усиления блока управления электронного регуляторачастоты вращения в целом есть произведение коэффициентов усиления звеназадержки, звена расчета текущей частоты вращения, звена фильтрации иПИД-звена, т.е.

справедлива формула, В·сkбу  kз kрч kф kпидaw2  bw2(k3  k2 2 )2  k12 2. kрч222 2cw  dw1  Tф (4.49)Фазовый сдвиг блока управления в целом есть сумма фазовых сдвиговзвена задержки, звена расчета текущей частоты вращения, звена фильтрациии ПИД-звена, поэтому он рассчитывался по выражению, град:185 бу   з   рч   ф   пидk3  k2 2 180.] [arctg (tз )  arctg(Tф )  arctgk1(4.50)Электрогидравлическое ИУЭлектрогидравлическое ИУ состоит из электромагнита, золотника,силового поршня и рычажной передача обратной связи от силового поршня кзолотнику и к электромагниту. Для расчета величины коэффициентаскорости сервомотора ks определялась площадь открытия щели золотникауправления с использованием соотношения, мм2:sз Q  1062,(4.51)p 9,81  104где Q=4,8 л/мин=8·10-5 м3/с – производительность масляного насоса приноминальной частоте вращения дизеля n=1000 мин-1; =0,6 – коэффициентрасхода щели золотника; p=5,5 бар=0,55 МПа – давление в нижней полостисервомотора; =950 кг/м3 – плотность рабочей жидкости (масла).

Послеподстановки указанных значений параметров в формулу (4.51) полученоследующее значение площади открытия щели золотника:8 10 5 106 3,956 мм 2 .sз 20,65,5  9,81  10 4950Ход золотника рассчитывался по формуле:(4.52)186xз sз,2Lщ(4.53)где Lщ=8 мм – длина открытой щели золотника, определяемой по рисунку4.5.

После подстановки известных значений параметров в формулу (4.53)получено:xз 3,956 0,25 мм .2 8Коэффициент скорости сервомотора рассчитан по соотношению, с-1:Q  109,ks sc xз(4.54)где sc=1256 мм2 – площадь поршня сервомотора. После подстановкизначений параметров в формулу (4.54) получено:8  105  109ks  250 с1 .1256  0,25Скорость сервомотора определена с использованием схемы на Рис. 4.4 ивыражения, мм/с:dYY rb b], ks [ X dtrs (a  b)(4.55)187где Х – перемещение золотника, мм; Y – перемещение сервомотора, мм; rb, rs,a, b – конструктивные параметры электрогидравлического ИУ (см. Рис. 4.4);ks=250 c-1, cм.

выражение (4.54).Перемещенияконцарычагаобратнойсвязиопределенысиспользованием соотношений, мм:G  i kэ ,G  ( a  b)(4.56)X,b(4.57)где kэ=6 мм/А – коэффициент усиления электромагнита. Текущее значениетока в катушке электромагнита рассчитано по выражению, А:i  Tэdi U ,dt Rэ(4.58)где di/dt – скорость протекания тока в катушке поворотного электромагнита,A/c; Tэ=0,06 c – постоянная времени поворотного электромагнита; Rэ=2,7 Ом– сопротивление в цепи питания поворотного электромагнита.С использованием формул (4.55), (4.56), (4.57) и (4.58) полученоуравнение перемещения сервомотора ИУ в виде, мм:2dY2d YY  2 TT U ku ,dtdt 2(4.59)где ku=rs·kэ·а/Rэ·rb·b – коэффициент при среднем напряжении, подаваемом наэлектромагнит ИУ, мм/В; T  (a  b) rs Tэ k s rb b – постоянная времени ИУ, c;  [(a  b) rs Tэ k s rb b] 2[(a  b) rs  Tэ rb b k s ] – коэффициент демпфирования.Коэффициент усиления ИУ определен по формуле, мм/В:188kиуaw2  bw2kU,222222cw  dw(1  T  )  (2 T  )(4.60)а фазовый сдвиг – по выражению, град: иуbw  cw  aw  dw 1802  T  180 o. arctg arctgaw  cw  bw  dw 1  T 2 2 (4.61)где aw=kU, мм/В; bw=0; cw=1-T22, c-1; dw=2δT, c-1.ЭРЧВ в целомКоэффициентусиленияЭРЧВопределенкакпроизведениекоэффициентов усиления блока управления и ИУ по формуле, мм·с:kр  kбу kиу  kрч ku(k3  k2 2 ) 2  (k1 )2,(1  Tф2 2 )  [(1  T 2 2 ) 2  (2 T ) 2 ](4.62)Фазовый сдвиг электронного регулятора частоты вращения есть суммафазовых сдвигов звена блока управления и ИУ, т.е.

справедливосоотношение, град: р   бу   иу k3  k 2 22  T 180.] [arctg(t з )  arctg(Tф )  arctg arctg22k11 T (4.63)189Перемещение реек ТНВД определено по формуле, мм:hр  kрп Y ,(4.64)где hр – перемещение реек ТНВД, мм; Y – перемещение поршня сервомотораИУ ЭРЧВ, мм; коэффициент kрп=hр N/YN; hр N – номинальный ход реек ТНВД,мм; YN – номинальный ход поршня сервомотора ИУ ЭРЧВ, мм.Коэффициент усиления рычажной передачи от ИУ ЭРЧВ к рейкамТНВД дизеля рассчитан с использованием выражения:kрпaw2  bw2 hрN,22YNcw  dw(4.65)а фазовый сдвиг равен нулю в соответствии с формулой, град: рп  arctgbw  cw  aw  dw 180 0o ,aw  cw  bw  dw (4.66)где aw=hр N/yN; bw=0; cw=1; dw=0.Поскольку в замкнутой системе регулирования в режиме автоколебанийпроизведение коэффициентов усиления всех звеньев равно единице, токоэффициент усиления регулятора дизеля типа 12 ЧН 26/26 в режимеавтоколебаний определялся с использованием соотношения, мм/c-1:kра 1.kдчв kм kчв kрп(4.67)С учетом формул (4.27), (4.32), (4.35) и (4.38) коэффициент усилениярегулятора в режиме автоколебаний определен по формуле:190kра4 2 f I YN.M N zм(4.68)Частотные характеристики электронного регулятора частоты вращения,представленные на Рис.

4.6, соответствуют двум вариантам значенийкоэффициента усиления регулятора kр. На этом же рисунке прямой линиейпоказана зависимость коэффициента усиления регулятора в режимеавтоколебаний kра от частоты колебаний f, т.е. характеристика kра= f (f). Точкипересечения зависимостей коэффициента усиления электронного регулятораkр от частоты колебаний f и характеристики kра= f (f) определяют собственнуючастоту колебаний САРЧ fс.Для собственной частоты колебаний fс по Рис. 4.6 найден фазовый сдвигэлектронного регулятора частоты вращения γр и по формуле (4.29) –дополнительный фазовый сдвиг дизеля. Суммарный фазовый сдвиг САРЧрассчитан по выражению, град: c  90o   р   зд .(4.69)Если суммарный фазовый сдвиг меньше 180˚, то система будетустойчивой. По собственной частоте колебаний и времени запаздываниянаходится заброс частоты вращения САРЧ дизеля при сбросе номинальнойнагрузки по формуле:d 1500 M N 3000 M N tзд. I fc n I nN(4.70)191ПрирасчетахпринятызначениякоэффициентовПИД-законарегулирования, приведенные в Таблице 4.1.

Номинальный ход сервомотораИУ электронного регулятора частоты вращения был равен YN=15 мм.Рис. 4.6. Частотные характеристики ЭРЧВ: f –частота колебаний; kр –коэффициент усиления регулятора; kра – коэффициент усиления регулятора врежиме автоколебаний; γ – фазовый сдвиг регулятора192Таблица 4.1.Коэффициенты ПИД-закона регулирования (пропорциональный k1,дифференциальный k2 и интегральный k3), заброс частоты вращения присбросе номинальной нагрузки δd и частотные показатели (собственнаячастота колебаний fс, суммарный фазовый сдвиг САРЧ γс) ЭРЧВ дизельногодвигателя типа 12 ЧН 26/26Вариантыхарактеристик регулятораВариант 1Вариант 2Коэффициенты ПИД-законаЗабросСобственная Суммарныйрегулированиячастотычастотафазовыйвращенияδ,колебанийf,сдвигСАРЧk1,k2,k3,dс-1-1-1%Гцγс, градВ/минВ·с/минВ/(c·мин )0,030,0010,156,90,84-1670,050,0010,155,51,08-150С использованием результатов проведенных расчетных исследованийбыли построены амплитудно-частотная и фазово-частотная характеристикиЭРЧВ (зависимости коэффициента усиления и фазового сдвига от частотыколебаний частоты вращения), показанные на Рис.

4.6. Полученныечастотныехарактеристикисвидетельствуютотом,чтореализацияхарактеристик по варианту 2, соответствующих большему коэффициентуусиления пропорциональной составляющей ПИД-закона регулирования(k1=0,05 В/мин-1), позволяет улучшить показатели качества процессарегулирования–уменьшитьзаброс частотывращенияприсбросеноминальной нагрузки до δd=5,5 % и снизить суммарный фазовый сдвигСАРЧ до γс=150 град., т.е.

Характеристики

Список файлов диссертации