SU1643762A1 - Система управлени дл двигател внутреннего сгорани с наддувом - Google Patents

Description

1

(21)4385951/06

(22)01,03.88

(46) 23.0.91. Бюл0 (Р 15 71) Чел бинский политехнический институт им- Ленинского комсомола (72) В.К.Долбзнков (33) 62 3-55(088 8) (56)Рыбальченхо А.Г., Автоматическое регулирование -урбонаццупс- дизелей0- Киев, Донецк: В ища jiKora, 1984. с. Ј4-46.

(54)- СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ ДЛЯ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ С НАДДУВОМ (57) Изобретение позвол ет стабилизировать динамические характеристики системы управлени  путем введени 

нелинейных св зей по перемене; изо топливодозирующего органа двигател , частот е вращени  зала и давлению над дува0 Система содержит источник 1 задающего сигнала, измерители 2 и 11 рассогласовани , корректирующие звень  9 и 12, усилители 9, 10 датчики 7, 8, 16 перемещени  топлнводозирую- щегс органа, частого вращени  вала двигател  6 и давлени  наддува, создаваемого турбокомпрессором 15. Введение нелинейных преобразователей 4 и 13 позвол ет выполнить систему управлени  нечувствительной к изменению скоростных и нагрузочных режимов, 3 ил.

Изобретение относитс  к двигателе- строению, а именно к системам управлени  дл  двигателей внутреннего сгорани  с оегулируемым наддувом

Цель изобретени  - стабилизаци  динамических характеристик системы путем введени  нелинейных св зей по перемещению топливодозирующего органа двигател , частоте вращзни  вала двигател  и давлению наддува.

На фиг. 1 представлена функциональна  схема системы управлени ; на фиг. 2 - структурна  схема нелинейной модели системы управлени ; на фиг. 3 - структурна  схема линеаризованной модели системы управлени .

Система содержит источник 1 задающего сигнала, измеритель 2 рассогласовани  частоты вращени  вала двигаетс  с двум  входами, первое кор- ректирующее звено 3, первый нелинейный преобразователь 4 с трем  входами , привод 5 топливодозирующего органа двигател , двигатель 6, датчик 7 перемещени  топливодозирующего органа двигател , датчик 8 частоты вращени  вала двигател , первый усилитель 9, второй усилитель 10, измеритель Т1 рассогласовани  давлени  наддува с трем  входами, второе корректирующее звено 12, второй нелинейный преобразователь 13 с четырьм  входами , привод 14 регулирующего органа турбины, турбокомпрессор 15, датчик 16 давлени  наддува,,

Каждый преобразователь содержит сумматоры 17 и 18, усилители 19 и 20, и дифференцирующие звень  21-27.

Первый вход измерител  2 рассогласовани  частоты вращени  вала двигател  соединен с источником 1 задающего СИГГ.ЛЛа.; 2 В7КОД - СО ВХОДОМ

jsi,

BBZ&

J1

первого корректирующего звена 3, выход которого соединен с первым входом первого нелинейного преобразов а- тел  4, выход которого соединен со входом привода 5 топливодозирующего органа двигател . Выход датчика 7 перемещени  топливодозирующего органа двигател  соединен со входом первого усилител  9 и вторым входом BTO ро го нелинейного преобразовател  13 „ Выход первого усилител  9 соединен с

пер вым входом, а выход второго усилител  10 со вторым входом измерител  11 рассогласовани  давлени  над- J5 дува, выход которого соединен со входом второго корректирующего звена 12, выход которого подключен к первому входу второго нелинейного преобразовател  13, выход которого соединен СО20 входом привода 14 регулирующего органа турбины. Выход датчика 16 давлени  наддува соединен с третьим входом измерител  рассогласовани  11 давлени  наддува, четвертым входом 25 второго нелинейного преобразовател  13 и вторым входом первого нелинейного преобразовател  4,

На фиг. 2 и 3 прин ты следующие условные обозначени :3Q

и - входной задающий сигнал источника 1 ;

Ug - сигнал, пропорциональный ошибке по частоте вращени  вала дви .35

40

гател ;

WK(S) - передаточна  функци  перво го корректирующего звена 3;

V, - выходной сигнал первого корректирующего звена 3j

h - выходной сигнал первого нелинейного преобразовател  4;

Wno(S) - передаточна  функци  привода 5 топливодозирующего органа двигател .;

h - перемещение топливодозирующе- го органа двигател ;

У(8) - передаточна  функци  датчика 7 перемещени  топливодозирующего органа двигател ;

М - момент нагрузки, приведенный топливодозирующего органа и частоты к валу двигател  6}

I - момент инерции, приведенный к валу двигател  6;

Гд (V ,%),Up.) - зависимость выходного сигнала первого нелинейного пре образовател  от входного сигнала V. выходного сигнала датчика частоты вращени  вала двигател , выходного сигнала датчика давлени  наддува;

)иРц зависимость выходного сигнала второго нелинейног преобразовател  от входного сигнала Vg,, выходного сигнала датчика переме щени  топливодозирующего органа, выходного сигнала датчика частоты вращени  вала двигател , выходного сигнала датчика давлени  наддува.

Система управлени  работает следующим образомо

Программное значение давлени  наддува зависит от перемещени 

вращени  вала двигател  и определ ет с  в виде прогр

Ч tVVb

(1)

WQ(S) - передаточна  функци  датчика 8 частоты вращени  вала двигател ;

а - коэффициент передачи первого усилител  9;

Q

а - коэффициент передачи второго усилител  10;

и§г- сигнал, пропорциональный ошибке по давлению наддува;

WKZ(S) передаточна  функци  второго корректирующего звена 12;

hr - выходной сигнал второго нелинейного преобразовател  13;

WnT(S) - передаточна  функци  при5 0 5

Q

5

0

вода 14 регулирующего органа турбины;

перемещение регулирующего органа турбины;

РК - давление наддува во впускном коллекторе двигател ;

Wpfc(S) - передаточна  Функци  датчика 16 давлени  наддува;

выходной сигнал датчика 16 давлени  наддува;

M,,B(h,CO,PK) - зависимость крут щего момента двигател  от перемещени  топливодозирующего органа, частоты вращени  вала двигател  идавлени  наддува;

T(hT,h,0,P|.) - зависимость скоросх ти изменени  давлени  наддува от перемещени  регулирующего органа турбины , перемещени  топливодозирующего органа и частоты вращени  вала двигател , давлени  наддува;

Гд (V ,%),Up.) - зависимость выходного сигнала первого нелинейного преобразовател  от входного сигнала V.: выходного сигнала датчика частоты вращени  вала двигател , выходного сигнала датчика давлени  наддува;

)иРц зависимость выходного сигнала второго нелинейного преобразовател  от входного сигнала Vg,, выходного сигнала датчика перемещени  топливодозирующего органа, выходного сигнала датчика частоты вращени  вала двигател , выходного сигнала датчика давлени  наддува.

Система управлени  работает следующим образомо

топливодозирующего органа и частоты

Программное значение давлени  наддува зависит от перемещени 

топливодозирующего органа

вращени  вала двигател  и с  в виде прогр

Ч tVVb

а рассогласование по давлению наддува определ етс  в измерителе 11 по

формуле

ррогр Unr -Up.... (2)

U,

Јг иРк

31643762

Нелинейные дифференциальные урав- нени  движени  двигател  и турбокомпрессора , записанное относительно давлени  наддува, имеют вид

, р

do)

I gf M(h,6),PK)-MH, (3)

J& i(hT,h,CO,PK).

(4)

В уравнени х (З) и (4) не учитываетс  вли ние быстропротекающих процессов во впускном и выпускном коллекторах двигател „

Если разрешить функцию M,.(h, Q,PK) относительно перемещени  топ- лнводозирухицего органа h, то получим выражение

(14,0).(5)

Нчпримор., при полиномиальном пред- ставлена функции

Кдв (h,CO, Рк ) m0+m, h-fm2h№- fffi%i}2+m4bPK.(6)

Функци  (5) будет иметь вид

h tfat AZHafi.(7)

m, над+п Рц

Аналогично функцию T(h1,Ь/0,Р) можно разрешить относительно регулирующего органа турбины

(T,h,CD,PK).(8)

В предлагаемом изобретении желаема  св зь между Функци ми Мдй и Т величинами сигналов V| и V вз та в виде линейного соотношени 

,V4s К О, (9) T-KgVj, ).(10)

Поскольку быстродействие приводов топливомозирующего органа двигател  и регулирующего органа турбины, датчиков перемещени  топливодозирующе- го органа двигател , частоты вращени  вала двигател  и наддува намного выше быстродействи  собственного двигател  и турбокомпрессора, то можно считать, что

Wflg(S)s 1, WflT(S)«1, (11) Wh(S)1, N(5)1, WpR(S) 1,(12)

а следовательно

Uhfch«ih f

,0

, U0fcQt

(13)

Тогда выходные сигналы нелинейных преобразователей будут определ тьс  из зависимостей

- дл  первого нелинейного преобразовател 

,(K,V(, Ua, UpK)s (14)

- дл  второго нелинейного преобра- зовател 

FJKiVz uh. Чо UpK). (15)

Реализаци  зависимостей (14) и (15) не требует измерени  координаты Ь0 Дл  Аункций (6), (9), напримерt аервьш нелинейный преобразователь будет определен зависимостью

h EiYii i , (16)

т,+т2и(а+т4иР|1

Получим передаточные функции длк отдельных частей системы, содержащих нелинейные звень . Дл  этого произ- ведем линеаризацию нелинейностей.

Линеаризованные уравнени  двигател 

i йю в дь+ 9н5в ш + 9MjB . dt 3h uh co ЗРК а

рк

-им

Ц9

(18)

где u(0 , uh, ДРК,ДМ - отклонеги 

(вариации) частоты вращени  вала двигател , перемещени  топливодозирующего органа5 давлени  наддува и момента нагрузки соответственно 9 ММ в в ЭМаь ЭМав

TS -J5T ЭРГ чаотные пронз

водные момента двигател  по соответствующим переменным. Момент сопротивлени  Кс((0) учитываетс  в первом нелинейном преобразователе традиционным способом. Если ввести величину эквивалентного момента двигател  в виде

м (Ь,СО,РК)М (ь,со,рк)-мс(«)5

w о аргументы Функции F(, ) coвершенно не измен ютс . Необходимо разрешить относительно величины h (Ьункцию МЭ(дд(Ь,(0,Р,с), котора   вл етс  моментной характеристикой двига тел , уменьшенной на величину М(й5).

Линеаризованные уравнени  турбокомпрессора

dAPK Эт ,. Зт . 9т 5Г - Щ ihr+ 5h 5h 9ou(lH

а- о

К

(19)

где &hr - отклонение (вариаци ) перемещени  регулирующего органа турбины; .

Зт 9т Я т Зт

9hf §h §Ь ЭРК частные производные функции Т по соответствующим переменным.

Линеаризованные уравнени  дл  нелинейных преобразователей получим из (14), (Т5) с учетом (11), (12), (13). Здесь используетс  также известное правило дифференцировани  обратных Функций„

Тогда

.. c)F( Эмва ... 9F, .,.

йЬ Ям« gvj-&V 7 ыо+

9г, 3auw+$pЈ

UPK

Система управлени  дл  двигател  внутреннего сгорани  с наддувом, содержаща  датчик перемещени  топливо- дозирующего органа, первый измеритель рассогласовани  с двум  входами, один из которых св зан с выходом задающего устройства, а другой - с датчиком 15 частоты вращени , датчик давлени  наддува , два усилител , второй измеритель рассогласовани  с трем  входами, один из которых св зан с датчиком давлени  наддува, а два других входа через усилители св заны соответственно с датчиком перемещени  топливодо- зирующего органа и датчиком частоты вращени  и два корректирующего звена, одно из которых входом св зано с вы-

ч

ходом первого измерител  рассогласовани  и выходом св зано с приводом топливодозирующего органа, а другое корректирующее зрено входом св зано

25

,- к,„(.«, .,- |й. 4,„

д 9F2 9T Mr.te. З.г-u.

льт W 3V2 UV 9iT Ah+ 9ш UG

+ IF bvfe 1 (1К li h

А о ат м ЗТ тс выходом второго измерител  рассо (:-) t-iCiJ-J-rr) /Го Рк (21 30 гласовани  и выходом подключено к ЗсО 3hT

ЭР,

гану регулировани  давлени  наддува, отличающа с  тем, что, с целью стабилизации динамических характеристик , система снабжена первым

Структурна  схема линеаризованной системы представлена на фиг0 3, из которой следует, что при услови х

гану регулировани  давлени  наддува, отличающа с  тем, что, с целью стабилизации динамических характеристик , система снабжена первым

(11)9 (12), (13) и точной настройке чнелинейным преобразователем с трем 

нелинейных преобразователей, сигналывходами и вторым нелинейным преобрас выходов последних компенсируютзователем с четырьм  входами, -каждый

соответствующие сигналы с выходов дви-преобразователь выполнен в виде уси-

гател  и турбокомпрессора таким об-лител , дифференцирующих звеньев по

разом, что передаточна  функци  под- 40количеству входов преобразовател  и

системы выход первого корректирующего звена - выход двигател  стано- витс  равной передаточной функции интегрирующего звена, т.е.

сумматора, количество входов которого равно количеству входов преобразовател , причем первый вход--каждого сумматора через усилитель св зан с д5 выходом корректирующего звена, осталь ные входы выполнены вычитающими, второй и третий входы сумматора через дифференцирующие звень  св заны соответственно с датчиком давлени  над- дува и датчиком частоты вращени , выходы сумматоров первого и второго преобразователей св заны соответствен но с приводом топливодозирующего органа и органом регулировани  давлени  наддува, а четвертый вход сумматора второго преобразовател  через дифференцирующее звено св зан с датчиком перемещени  топливо-дозирующего органа

ww (S)- „ к, Vsb Јv(s) is

(22)

Передаточна  функци  подсистемы выход второго корректирующего звена - выход турбокомпрессора также равна передаточной функции интегрирующего звена

Р

-lisj г-, Ч

Таким образом, система управлени  становитс  нечувствительной к изменению скоростных и нагрузочных режимов (то есть к параметрам h, hf,CO, ,

- Ш - г ««

Claims (1)

1. Рк) и, следовательно, с помощью введени  нелинейных св зей, реализуемых с помощью двух нелинейных преобраэо- вателей, происходит стабилизаци  динамических характеристик системы. Формула изобретени 

   Система управлени  дл  двигател  внутреннего сгорани  с наддувом, содержаща  датчик перемещени  топливо- дозирующего органа, первый измеритель рассогласовани  с двум  входами, один из которых св зан с выходом задающего устройства, а другой - с датчиком 5 частоты вращени , датчик давлени  наддува , два усилител , второй измеритель рассогласовани  с трем  входами, один из которых св зан с датчиком давлени  наддува, а два других входа через усилители св заны соответственно с датчиком перемещени  топливодо- зирующего органа и датчиком частоты вращени  и два корректирующего звена, одно из которых входом св зано с вы-

   ч

   ходом первого измерител  рассогласовани  и выходом св зано с приводом топливодозирующего органа, а другое корректирующее зрено входом св зано

   0

   5

   гану регулировани  давлени  наддува, отличающа с  тем, что, с целью стабилизации динамических характеристик , система снабжена первым

   сумматора, количество входов которого равно количеству входов преобразовател , причем первый вход--каждого сумматора через усилитель св зан с 5 выходом корректирующего звена, остальные входы выполнены вычитающими, второй и третий входы сумматора через дифференцирующие звень  св заны соответственно с датчиком давлени  над- дува и датчиком частоты вращени , выходы сумматоров первого и второго преобразователей св заны соответственно с приводом топливодозирующего органа и органом регулировани  давлени  наддува, а четвертый вход сумматора второго преобразовател  через дифференцирующее звено св зан с датчиком перемещени  топливо-дозирующего органа

   5

   ю

   9

   WJ

   W П - 13

   I 21Ъ

   u nt L

   щ/i ff

   i (

   77

   ШЧЗ-гЩт

   п

   8

   1

   %Ял,

   W МН + Jk-

   LE

   «NJ

   SJ

   tr

   «V)

   I

   S J5