Патент на изобретение №2209328
|
||||||||||||||||||||||||||
(54) СПОСОБ АВТОМАТИЧЕСКОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ СКОРОСТИ ВАЛА ТЕПЛОВОГО ДВИГАТЕЛЯ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
(57) Реферат: Изобретение относится к автоматическому регулированию тепловых двигателей и может быть использовано в машиностроении при производстве топливной аппаратуры двигателей. Способ автоматического регулирования скорости вала теплового двигателя заключается в том, что управляющий сигнал на исполнительное устройство изменения топливоподачи в двигатель формируют с использованием сигнала ошибки регулирования и дополнительного сигнала, косвенно учитывающего изменение момента сил сопротивлений на валу двигателя. При работе двигателя непрерывно оценивают момент сил сопротивлений на валу двигателя и скорость его изменения и используют эти оценки при формировании управляющего сигнала. Устройство для осуществления способа автоматического регулирования скорости вала теплового двигателя содержит задатчик скоростного режима, датчик скорости вала двигателя, датчик положения органа топливоподачи, устройство формирования управляющего сигнала и исполнительное устройство. Имеющийся наблюдатель вектора состояния системы связан первым входом с датчиком положения органа топливоподачи, а вторым входом с – датчиком угловой скорости вала двигателя и регулятором. Регулятор связан первым входом с первым выходом наблюдателя, вторым входом – со вторым выходом наблюдателя, третьим входом – с третьим выходом наблюдателя, четвертым входом – с датчиком положения органа топливоподачи, пятым входом – с задатчиком скорости вала двигателя, а выходом – с входом исполнительного устройства. Технический результат заключается в повышении эффективности и точности системы автоматического регулирования скорости вала двигателя за счет формирования структуры системы автоматического регулирования на основе адаптивных методов оценивания нагрузки на валу двигателя и использования в системе регулирования информации о действующем моменте нагрузки на валу двигателя и скорости его изменения. 2 с. и 3 з.п. ф-лы, 1 ил. Изобретение относится к области автоматического регулирования тепловых двигателей и может быть использовано в машиностроении при производстве топливной аппаратуры двигателей. Известен способ регулирования двигателей по отклонению регулируемого параметра – скорости вала двигателя от заданного значения, реализованный в так называемых одноимпульсных системах автоматического регулирования, широко применяемых в машиностроении (Крутов В.И. Автоматическое регулирование двигателей внутреннего сгорания. М.: Машиностроение, 1968, с. 97-118). Известен также способ двухимпульсного регулирования, когда при формировании управляющего сигнала наряду с сигналом об изменении скорости вала двигателя используют также сигнал об изменении нагрузки на валу двигателя (Крутов В. И. Автоматическое регулирование двигателей внутреннего сгорания. М. : Машиностроение, 1968, с. 272-286). Поскольку прямое измерение момента сопротивления на валу двигателя связано со значительными трудностями, в известных двухимпульсных системах автоматического регулирования для оценки нагрузки на валу двигателя используется косвенный параметр – производная от скорости вала двигателя. Например, в механических всережимных регуляторах используют механическое дифференцирующее устройство (Двухимпульсный регулятор по скорости и ускорению двигателя внутреннего сгорания. А.С. СССР 981654, F 02 D 01/08). В электронных системах автоматического регулирования двигателей с помощью дифференцирующего устройства выделяют сигнал производной от регулируемого параметра – скорости вала двигателя – и используют его при формировании управляющего сигнала (Регулятор числа оборотов двигателя. А.С. СССР 708065, F 02 D 31/00). В качестве прототипа принят способ автоматического регулирования, описанный в (Крутов В.И. Автоматическое регулирование двигателей внутреннего сгорания. М.: Машиностроение, 1968, с. 272-286), а прототипа устройства для реализации способа двухимпульсного регулирования двигателя – регулятор, описанный в (Двухимпульсный регулятор по скорости и ускорению двигателя внутреннего сгорания. А. С. СССР 981654, F 02 D 01/08). Недостатком известного способа двухимпульсного автоматического регулирования скорости вала двигателя и известных устройств, реализующих этот способ, является то, что для оценки нагрузки на валу двигателя используют не прямой, а косвенный параметр регулирования – производную от скорости вала двигателя, для чего приходится применять дифференцирующие устройства, чувствительные к шумам в системе регулирования, а для устранения влияния шумов применять фильтры, что усложняет систему регулирования. Решаемая изобретением задача направлена на повышение эффективности и точности системы автоматического регулирования скорости вала двигателя за счет формирования структуры системы автоматического регулирования на основе адаптивных методов оценивания нагрузки на валу двигателя и использования в системе регулирования информации о действующем моменте сопротивления на валу двигателя и скорости его изменения. Таким образом, предлагается способ трехимпульсного автоматического регулирования скорости вала двигателя. Технический результат достигается путем совершенствования известного способа автоматического регулирования скорости вала теплового двигателя, заключающегося в том, что управляющий сигнал на исполнительное устройство изменения топливоподачи в двигатель формируют с использованием сигнала ошибки регулирования скорости вала двигателя и дополнительного сигнала, косвенно учитывающего изменение момента сопротивления на валу двигателя, за счет того, что при работе двигателя непрерывно оценивают момент сопротивления на валу двигателя и скорость его изменения и используют эти оценки при формировании управляющего сигнала. Несмещенные оценки момента сопротивления на валу двигателя и скорости его изменения получают с помощью наблюдателя вектора состояния системы, на первый вход которого подают сигнал с датчика положения органа топливоподачи, а на второй – с датчика скорости вала двигателя. На выходах наблюдателя получают оценки момента сопротивления на валу двигателя и скорости его изменения, а также оценку скорости вала двигателя, которые подают на вход регулятора, связанного первым входом с первым выходом наблюдателя, вторым входом – со вторым выходом наблюдателя, третьим входом – с третьим выходом наблюдателя, четвертым входом – с датчиком положения органа топливоподачи, пятым входом – с задатчиком скорости вала двигателя, а выходом – со входом исполнительного устройства. При формировании структуры наблюдателя вектора состояния системы используют стохастическую стационарную модель двигателя ![]() где FД( ![]() ![]() ![]() ![]() a – параметр объекта регулирования ![]() МN – момент при номинальной мощности; IД – момент инерции двигателя. Структуру наблюдателя вектора состояния представляют в следующем виде: ![]() ![]() где ![]() ![]() ![]() ![]() К4 и К5 – постоянные коэффициенты, значения которых определяют при синтезе наблюдателя. Входными воздействиями в наблюдателе являются положение органа топливоподачи ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() где ![]() ![]() Ku – коэффициент усиления. При регулировании двигателя по предлагаемому способу первую составляющую сигнала заданного положения органа топливоподачи формируют с использованием сигнала ошибки регулирования: ![]() где ![]() ![]() К1 – коэффициент усиления. Отметим, что при формировании первой составляющей заданного положения органа топливоподачи ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() Третью составляющую формируют следующим образом: ![]() Определяют суммарный сигнал заданного положения органа топливоподачи ![]() Сигнал заданного положения органа топливоподачи ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() Селектор задающего сигнала 18 пропускает на вход регулятора соответствующий сигнал ![]() ![]() ![]() ![]() На выходе сумматора 21 формируется сигнал заданного положения органа топливоподачи: ![]() На элементе сравнения 22 сигнал заданного положения органа топливоподачи сравнивается с сигналом ![]() ![]() Управляющий сигнал подается на вход исполнительного устройства 3, которое устанавливает орган топливоподачи в заданное положение. На установившемся режиме работы двигателя ![]() Поскольку ![]() ![]() ![]() ![]() Формула изобретения 1. Способ автоматического регулирования скорости вала теплового двигателя, заключающийся в том, что управляющий сигнал на исполнительное устройство изменения топливоподачи в двигатель формируют с использованием сигнала ошибки регулирования и дополнительного сигнала, косвенно учитывающего изменение момента сопротивления на валу двигателя, отличающийся тем, что при работе двигателя непрерывно оценивают момент сопротивления на валу двигателя и скорость его изменения и используют эти оценки при формировании управляющего сигнала. 2. Устройство для осуществления способа автоматического регулирования скорости вала теплового двигателя, содержащее задатчик скоростного режима, датчик скорости вала двигателя, датчик положения органа топливоподачи, устройство формирования управляющего сигнала и исполнительное устройство, отличающееся тем, что оно снабжено наблюдателем вектора состояния системы, связанного первым входом с датчиком положения органа топливоподачи, а вторым входом – с датчиком угловой скорости вала двигателя и регулятором, связанным первым входом с первым выходом наблюдателя, вторым входом – со вторым выходом наблюдателя, третьим входом – с третьим выходом наблюдателя, четвертым входом – с датчиком положения органа топливоподачи, пятым входом – с задатчиком скорости вала двигателя, а выходом – с входом исполнительного устройства. 3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что наблюдатель вектора состояния системы содержит первый элемент сравнения угловой скорости вала двигателя и ее оценки, выход сигнала ошибки которого связан с входами усилительного устройства, один выход которого связан напрямую, а второй через интегратор с суммирующим устройством и третьим выходом наблюдателя, выход суммирующего устройства связан со вторым выходом наблюдателя и первым входом второго элемента сравнения, второй вход которого связан с функциональным преобразователем, а выход через усилительное устройство и интегратор – с первым выходом наблюдателя. 4. Устройство по п.2, отличающееся тем, что регулятор содержит устройство формирования заданного положения органа топливоподачи, включающее в себя элемент сравнения сигнала заданной скорости вала двигателя и оценки скорости вала двигателя, подаваемого с первого выхода наблюдателя, усилительное устройство, связанное первым входом с выходом сигнала ошибки упомянутого элемента сравнения, вторым входом – со вторым выходом наблюдателя, третьим входом – с третьим выходом наблюдателя, а выходами – с сумматором, и устройство формирования управляющего сигнала, включающее в себя элемент сравнения, связанный одним входом с выходом сумматора устройства формирования заданного положения органа топливоподачи, вторым входом – с датчиком положения органа топливоподачи, а выходом – через усилительное устройство с исполнительным устройством системы регулирования. 5. Устройство по п.2, отличающееся тем, что содержит селектор задающего сигнала, связанный входами с задатчиком скоростного режима, на который воздействие осуществляется от органа управления двигателем, и с внешними задающими устройствами. РИСУНКИ
MM4A Досрочное прекращение действия патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе
Дата прекращения действия патента: 11.05.2003
Извещение опубликовано: 20.02.2005 БИ: 05/2005
|
||||||||||||||||||||||||||