SU807112A1 - Фазоизбирательное устройстводл дВигАТЕл ВНуТРЕННЕгО СгОРАНи - Google Patents

Description

триггера и ко входу блока управлени  выходы , управлени  подключены к устаноьичным входам первого счетного триггера и счетчика импульсов Однако в описанном устройстве квантование цикла работы двигател  фазовыми отметками осуществл етс  равномерно, что при наличии неравномерности вращени  коленчатого вала приводит к дополнительной погреш-ности фазойзбирани  и измерени  фазовых параметров диагностических сигнёшов и  вл етс .недостатком этог устройства. Цель изобретени  - повышение точности фазоизбирани  (формировани  фазою 1Х отметок) фазоизбирательным устройством при наличии неравномерности вращени  коленчатого вала двигател . Указанна  цель достигаетс  тем, что устройство дополнительно содержи датчик частоты вращени , второй формйрукадий каскад, генератор образдовсй частоты, суммирующий счетчик, вычитгиов -Й счетчик, делитель частоты , первый и второй регистры, вентили переписи кода, первый и второй фО1 1ироватвли импульсов, триггер, первую, вторую и третью схекы совпадени  и первый и второй инверторы, этом выход датчика частоты, вращени  подключен к входу второго формирующего каскада, выход которого соединен с входами первого формировател  импульсов и первого инвертора, выход последнего подключен к пер вым входам первой и второй схем совпадени , вторые входы которых соединены с выходом генератора образцовой частоты, выход первой схемы совпадени  подключен к первому входу вычитакхцего счетчика, второй вход которого соединен с выходом второго инвертора, вход которого подключен к выходу первого формировател  импульсов , к первому входу третьей сх мы совпадени  и к первому входу второго регистра, вторые входы последнего соединены с выходами вычита юстего счзтчика, а выходы - с первым входами вентилей переписи кода, вторые входы которых подключены к в ходу измерител  отношени  временных интервалов, а выходы - к дополнител ному входу последнего, третьи входы вычитгиощего счетчика соединены с вы ходгиш первого регистра, вторые вхо ды которого подключены к выходам суммирукйдего счетчика, первый вход последнего соединен с выходом делит л  частоты, вход кот.орого подключен к выходу второй схемы совпадени  и к первому входу триггера, выход пос леднего соединен с вторым входом третьей схемы совпадени , выход которой подключен к второму входу сум мирующего сЧетчика и к первому вхоу первого регистра, второй вход триггера соединен с выходом второго ормировател  импульсов, вход котороо подключен кпр мому выходу перого счетного триггера. На фиг. 1 изображена блок-схема азоизбирательного устройства; на иг. 2 - блок-схема измерител  отношени  временных интервалов на иг. 3 - временна -диаграмма его раоты; .на фиг. 4 - график изменени  гловой скорости вращени  коленчатоо вала за цикл на фиг. 5 - временна  диaгpaJvlмa работы измерител  отошени  временных интервалов с учетом екущей неравномерности вращени  коленчатого вала. Фазоизбирательное устройство содержит датчик 1 ВМТ, первый формирующий каскад 2, первый счетчный триггер 3, выходы которого соединены с входами (X и 6 измерител  4 отношени  временных интервалов, счетчик 5, второй счетный триггер 6, блок. 7 управлени , датчик 8 частоты вращени , второй формирующий каскад 9, первый формирователь 10 импульсов, второй и первый инверторы II и 12, генератор 13 образцовой частоты, перва , втора  и треть  схемл совпадени  14, 15 и 16 соответственно, триггер 17, делитель 18 частоты, второй формирователь 19 импульсов, вычитающий счетчик 20, первый регистр 21, суммирующий счетчик 22, второй регистр 23 и вентили 24 переписи кода . Измеритель 4 отношени  временных интервалов включает в себ  генератор 25 опорной частоты, делитель. 26 опорной частоты, счетчик 27 поделенной частоты, вентили 28, регистр 29, схему 30 сравнени  кодов, счетчик 31 опорной частоты, формирователь 32 импульсов, формирующий на сбоем выходе короткие импульсы по переднему фронту сигнала на его входе , формирователь 33 импульсов, формирующий иа своем выходе с задержкой короткие импульсы по заднему фронту сигнала на его входе. Устройство работает следуюЕцим образом. Импульсы с выхода датчика 1 ВМТ поступают через первый формирующий каскад 2 на вход первого счетного триггера 3 и управл ют последним так, что на входы а и 6 цифрового измерител  4, поступают временные интервалы длительностью Тц. Измеритель отношени  временных интервалов, выполн ющий функцию умножител  частоты, ВЕЛрабатывает на период TU, строго определенное число импульсов (фазовых отметЬк) следующим образом. Вначале осуществл етс  измерение длительности цикла (посредством счета импульсов частоты f счетчиком 27 в течение 1-го цикла - TtJ. По окончании i-ro цикла по переднему фронту сит- нала на его входе формирователь 32 формирует импульс, поступающий на управл ющие входы вентилей 28. В результате в регистр 29 переписываетс  из счетчика 27 код числ N-цифровой эквивалент длительности цикла. Счетчик 27 через некоторое врем  задержки, необходимое дл  на дежной переписи его содержимого в регистр 29, устанавливаетс  в состо ние О импульсом с выхода форм ровател  33.I В течение последующего цикла Тц счетчик 27 снова заполн етс  импул частоты fx , а в счетчике 31 происходит счет импульсов опорной частоты f,значение которой в 720 раз больше значени  частоты -f, чт обеспечивает -разрешающую способнос фазоизбирательного устройства в 1 градус. При этом в счетчике 31 за врем  Тц должно бы быть записано число импульсов N720, та как f . Однако этого не пр исходит, потому что схема 30 сравнени  срабатывает вс кий раз, когд число импульсов в счетчике 31 стан витс  равным N числа записан ному в регистре 29) при этом в ус ройстве, рассматриваемом в качестве прототипа, счетчик 31 импульсами с выхода схемы 30 устанавливаетс  в состо ние О и затем снова заполн етс  импульсами частоты f . За вр 1Я Тц схема 30 срабатывает 720 раз и на выходе измерител  отношени  вр менных интервалов за цикл получаетс  720 импульсов-фазовых отметок. Таким образом, происходит формирова ние фазовых отметок и на последующи циклах. При рассмотрении выше спосо формировани  фазовых отметок цикл квантуетс  фазовыми отметками равномерно , что при наличии неравномер ности вращени  коленчатого вала при водит к дополнительной погрешности фазоизбирани  и измерени  фазовых параметров диагностических сигналов пор дка ±.1%. Как известно, в течение цикла; работы двигател  углова  скорость вращени  вала не остаетс  посто нно Дл  две неравномерность вращени  вала ш, QQO. достигает 2% и более в зависимости от нагрузки. При этом частота колебательной составл ющей угловой скорости определ етс  числом цилинд ров две (так дл  4-х цилиндрового две за 1 цикл колебательна  составл юща  угловой скорости составл ет 4 колебани  с амплитудой около 0,01ШсрСФиг. 4) . Дл  решени  поставленноЛ; задачи в предлагаемом устройстве (фиг. l) при формировании фазовых отметок . осуществл етс  коррекци  в соответствии с текущим значением неравномерности вращени  вала. Дл  этой цели цикл работы двигател  сигналами с датчика 8 частоты вращени  разбиваетс  на отдельные участки - временные интервгшы, а величина и знак ускорени  вращени  агша на отдельных участках цикла определ етс  разностью между опорным и текущим временными интервалами. В качестве опорного выбираетс  средний за цикл временной интервал. Определение кода среднего временного интервала осуществл етс  в суммирующем счетчике 22, на вход которого в течение цикла работы ДВе поступают импульсы, частота которых меньше образцовой частоты в столько раз, сколько временных интервалов, формируемых сигналами с датчика 8 частоты вращени , укладываетс  в одном цикле. В момент начала цикла, по переднему фронту сигнала на пр мом выходе первого счетного триггера 3 второй формирователь 19 импульсов формирует на своем выходе короткий и-мпульс, который устанавливает триггер 17 в состо ние 1 на его выходе . В результате треть  схема 16 совпадени  оказываетс  разблокированной по одному из своих входов.; Одновременно с этим сигналы с датчика 8 с помощью второго формирующего каскада 9 преобразуютс  в пр моугольные импульсы, формирующие временные интерваль. По передним фро.нтам импульсов на выходе каскада 9 первый формирователь 10 формирует на своем выходе короткие импульсы. Первый после начала цикла импульс с выхода формировател  10, поступающий на один из входов схемы 16, проходит на ее выход. По переднему фронту этого сигнала , поступающего на первый вход первого регистра 21, в последний переписываетс  код с выходов суммирующего счетчика 22, который затем по заднему фронту указанного выше сигнала , поступающего на его второй вход, устанавливаетс  в состо ние О. По окончании импульса на выходе каскада 9 на выходе первого инвертора 12 по вл етс  сигнал 1, разблокирующий 14 и 15, на выходах которых по вл етс  импульсы Образцовой частоты. При этом, первый импульс с выхода второй схемы 15 совПсщени , поступающий на первый вход триггера 17, устанавливает выход последнего в состо ние О, блокиру  при этом третью схему 16 совпадени . мпульсы с выхода второй схемы 15 оступают на вход делител-  18 частоы и с его выхода поступают на счетый вход счетчика 22, в котором форируетс  код среднего за цикл вреенного интерзала. С началом еледующего цикла описанный выше процесс повтор етс . При этом код среднего (опорного) временного интервала переписываетс  из счетчика 22 в регистр 21, в котором он хранитс  в течение последующего цикла, а в счет чике 22 начинаетс  формирование кода следующего среднего временного интервсша. Код разности между теКУ1ДИМ и опорным временными интервалами определ етс  в вычитающем счетчике 20, в который вс кий раз перед началом очередного временного интервала по установочному входу записываетс  код временного интервала, прин того за опорный. При по влении на выходе каскада 9 импульсного сигнала , по переднему фронту последнего формирователь 10 формирует на своем выходе короткий импульс, по которому код текущей разности переписываетс  из вычитающего счетчика 20 в регистр 23. По окончании импульсного сигнала на выходе формировател  10, на .выходе инвертора 11 формируетс  сигнал ., по переднему фронту к торого производитс  перепись кода из регистра 21 в счетчик 20,/по усTaHOBO4Hoiviy входу последнего. По окончании импульсного сигнала на вы ходе каскада 9 схема 14 разблокируе с  сигналом с выхода инвертора 12, и на вход счетчика 20 начинают, поступать импульсы опорной частоты. В результате в течение очередного вре менного интервала из содержимого счетчика 20 импyльca m опорной час . .тоты осуществл етс  вычитание кода текущего значени  временного интервала . По окончании очередного временного интервала в счетчике 20 образуетс  код разности указанных выше временных интервалов, при этом разность со знаком + представл ет с  в пр мом коде, а со.знаком в дополнительном. Этот код по сигналам с выхода формировател  10, по окончании каждого временного -интерв ла, переписываетс  из счетчика 20 в регистр 23. Код, записываемый в регистр 23, поступает на. первые вхо ды вентчлей 24 переписи кода, на вт . рые входам которых поступают с выход измеритсгл  4 фазовые отметки. При поступлении на вторые входил вентиле 24 импульсов.фазовых отметок происходит запись кода, по дополнительно входу d измepитeл i 4 в счетчик 31 опорной частоты последнего. В зависимости от кода предварительнойуст новки этого счетчика, происходит соответствующее смещение момента сраб тывани  схемы 30. сра внени  в измери теле 4 и тем самым смещение каждой следующей фазовой отметки относител но ее положени  при равномерном ква товании цикла. Таким образом, учиты . ваетс  текуща  неравномерность вращени  вала к ее коррекци  при форми ровании фазовых отметок. Код коррекции представл ет собой величину приращени  периода следовани  фазовых отметок на данном участке цикла по сравнению с периодом следовани  их на опорном и получаетс  путем масштабировани  кода разности временных интервалов получаемого в счетчике 20. Коэффициент масштабировани  определ етс  числом фазовых отметок на отдельном участке, ограниченным двум  последовательными импульсами с выхода каскада 9, и обеспечиваетс  соответствующим соотношением между опорной частотой в измерителе 4 и опорной частотой, генератора 13, кодирующей разность временных интервалов в счетчике 20. Рассмотрим работу устройства на конкретном примере. Объект диагностировани  - 4-х цилиндровый две, скоростной режим - -ISOO об/мин, число импульсов с датчика «астоты вращени  за оборот вала (число зубьев маховика ) - 100, неравномерность вращени  коленчатого вала - 2%. При вращении коленчатого вала за цикл наблюдаютс  (Лиг. 4) последовательные этапы ускорени  (i |iM|V|Vf/) и торможени  ( п ,и ,V( ,viil) вращени . Рассмотрим работу устройства на этапе 1 (работа его на остальных этапах ничем не отличаетс  от рассматриваеMoroj . При заданных оборотах и числе зубьев маховика длительность цикла равна Тц - 80 мс, а ее цифровой эквивалент , записываемый в регистр 29 измерител  4, равен Н .W 25 , (так как опорна  частота f , выбрана равной 18 МГц,/ а поделенна  частота-. равна 25 кГц), среднее значение периода следовани  сигналов с датчика 8 частоты вращени  равно Т р-400 мкс. Работа устройства при осуществлении коррекции происходит следующим образом. С началом очередного цикла происходит перепись кода среднего опорного временного интервала, определенного на предыдущем цикле, из счетчика 22 в регистр 21, как это было описано выше. Затем в счетчике 20 производитс  измерение разности меж- . ду длительност лш опорного и текущих участков цикла - измерение текущего значени  ускорени  вала на отдельных участках цикла по отношению опорному . Дл  соответствующей коррекции фазовых отметок необходимо О1тределить величину изменени  периода их следовани  на текущем участке по сравнению с периодом следовани  их на опорном участке цикла (эта величина зависит от значени  текущего ускорени  и числа фазовых отметок, формируемых на отдельном участке цикла, и определ етс  как частное от делени  значени  текущего ускорени  на число фазовых отметок). Это делаетс  автоматически - с помощью соответствую щего выбора частоты импульсов кодиру щих разность временных интервалов в счетчике 20. Дл  рассматриваемогЬ примера, при разрешающей способности в 1 градус на участке цикла необходимо сформировать 360:100 - 3,6 фазовых отметки. Опорна  частота в измерителе 4 отношений равна 18 МГц тогда частота импульсов f, кодирующих разность временных интервалов в счетчике 20, должна быть в п раз ниже , (h- число фазовых отметок на участке цикла) и равна 5 МГц. Таким образом, результат измерени  разности длительностей опорного и -i -го участков цикла будет представл ть собой код коррекции - величину изменени  периода следовани  фазовых отметок на i+1 участке цикла. По окончании каждой операции измерени  разности временных интервалов, результа с выхода счетчика 20 переписываетс  в регистр 23. При этом кажда  фазова  отметка, формируема  на выходе измерител  4, поступает на вторые входы вентилей 24 и текущий код коррекции из регистра 23 переписываетс  по входу d измерител  4 в счетчик 31 опорной частоты последнего. Вход сЗ измерител  4 представл ет собой вход предварительной установки счетчика опорной Частоты последнего. Таким образом, следующа  фазовс1Я отметка на текущем участке цикла будет сформирована оаньше или позже, чем на опорном на величину

где разность между опорным и i-M временным интервалом, так как счет импульсов в счетчике опор ной частоты измерител  4 начинаетс  не с нул , а с числ.а, записанного в него по входу (3 .

Так, на некоторых участках цикла () разность ме5кду дительност ми опорного и текущего временных интервалов положительна и возрастает по мере увеличений ускорени  вращени  вала. При этом возрастает и код коррекции, в результате чего фа- зовые отметки формируютс  с более высокой частотой, чем на опорном участке цикла.

Сама  высока  частота следовани  фазовых отметок будет на 26-ом участке цикла, так как она будет определ тьс  разностью между длительност ми опорного и 25-го участков цикла, котора  будет максимальной и равной дл  рассматриваемого случа :

Т - T/ij 400-0,01 4 МКС.

1

r,.0,05%

Погрешность ОТ запаздывани  коррекции определ етс  величиной приращени  кода коррекции при переходе от одного участка цикла к другому (см. таблицу ) . Эта величина дл  рассматриваемого случа  не превышает единицы. Поэтому эта составл юща  погрииности составл ет

,05%

Следовательно, в предлагаемом устройстве погрешность формировани  фазовых отметок и, следовательно, фазоизбирани снижаетс  более, чем на пор док, по сравнению с прототипом.

Фазовые отметки с выхода измерител  4 поступают на вход счетчика 5, в который перед началом последовательности фазовых отметок записываетс  число:

N ,, При этом код коррекции будет состав-/ л ть величину: 4.10 c-5-10°Vc 20 На других участках цикла () разность между опорным и текущим временными интервалами отрицательна и уменьшаетс  по мере увеличени  ускорени  вращени  вала. При этом код коррекции.представл етс  в дополнительном коде. Это значит, что в счетчике 31 измерител  4 (после введени  кода коррекции) при поступлении на его вход числа импульсов равного шслу единиц в пр мом коде коррекции произойдет переполнение указанного счетчика и установка его в состо ние О, а затем при поступлении на его вход числа импульсов, равного М(число, записанное в регистре 29 измерител  4) произойдет срабатывание схемы 30 сравнени  измерител  4 и будет сформирована очередна  фазова  отметка. Таким образом , на текущем участке цикла период следовани  фазовых отметок будет бо-:льше , чем на опорном. Коды коррекции и определ емые ими изменени  периодов следовани  фазовых отметок на отдельных участках цикла при изменении угловой скорости (изза неравномерности вращени  вала) в течение цикла по синусоидальному закону приведены в таблице .. Основна  погрешность предлагаемого устройства характеризуетс  такими составл ющими, как погрешность дискретности коррекции и погрешность от запаздывани  коррекции (код коррекции на текущем участке цикла определ етс  величиной относительного ускорени  вращени  на предыдущем участке цикла) . Дл  рассматриваемого случа  погрешность дискретности составл ет

где - число фазовых отметок, форMHpyeNBJX а а цикл,

К - число фазовых отметок, соответствуклцих началу строба.

После первого переполнени  счетчика 5 импульсами с выхода измерител  4 в счетчик 5 записываетс  число:

(- ,1

где N2. - число фазовых отметок, соответствующих концу строба. В резуль: тате на выходе триггера 6 в течение Цикла работы двигател  по вл етс  импульс длительностью f, передний фронт которого соответствует фазе , а задний - фазе цикла. Следующий цикл работы устройства может начинатьс  .либо автоматически по сигНалу второго переполнени  счетчика 5, либо по комадне, подаваемой на вход 3 блока 7 управлени . В блок 7 по входу П ввод тс  числа Ntp, , а.на вход Зп подаетс  команда Запуск, по которой триггер 3 устанавливаетс  в исходное состо ние.

соответствующее отсутствию сигнала на входе а измерител  4, а в счетчик 5 записываетс  число П((.

Дл  синхронизации работы устройства блок управлени  7 снабжен син . хронизирующим входом С. Импульс с выхода триггера б может быть использован дл  управлени  ключа.ми измерительных трактов различных параметров процессов, сопровождающих работу двигател .

Из описани  принципа работы предлагаемого фазоизбирательного уст . ройства видно, что введение датчика частоты вращени , формирующего каска,ца, генератора образцовой частоты, суммирук цего и вычитакщего счетчиков, регистра, вентилей переписи кода, четырех форг шрователей импульсов, двух триггеров, трех схем совпадени  и

д дополнительного входа в цифровом измерителе отношением временных интервалов позволило повысить точность формировани  фазовых отметок и, следовательно , фазоизбирани .

со

00

гм

гН

1 Ей

I Ф I II

сг и ъ:

S о (U (U Iк

g§§S :

о Ж DS с « о « I о

о л (U tt ч   о

S ii а S

и s SaDtuscoXf.:

к ч о Hdnsst niroScuo V (U т X

i он кжао вЮЗвр

Claims (3)

1. Авторское свидетельство СССР 252686, кл.С) 01 М 15/00, 1968.

2. Бухтиаров И. Д. Методические врпросы диагноза двигателей внутреннего сгорани . - Труды СибВИМ, вып. 4, Новосибирск, 1968.

3. Авторское свидетельство СССР

0 №446845, кл. G, 01 М 15/00, 1972.

а«д.5/

ВыаЗО

(fpMfX Knot НтагК Uma

и 01 d Of