Регулятор частоты вращения двигателя внутреннего сгорания
Изобретение позволяет упростить конструкцию регулятора частоты вращения двигателя с импульсом по моменту нагрузки за счет косвенного определения момента нагрузки. Регулятор содержит датчик 1 частоты вращения, датчик 2 перемещения топливодозирующего органа, блок 3 оценки момента нагрузки, соединенный входами с датчиками 1 и 2 и выходом с блоком 5 управления, выход которого подключен к входу исполнительного элемента 4 топливодозирующего органа. При изменении момента нагрузки блок 3 по сигналам с датчиков 1 и 2 вырабатывает сигнал, эквивалентный моменту нагрузки, что обеспечивает на установившемся режиме компенсацию изменения частоты вращения двигателя. 1 ил.
СОЮЗ СОВЕТСНИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИН (51)5 F 02 D 41/02
1 ° 4, >"" C
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
К А BTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ
ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И OTHPblTHAM
ПРИ ГКНТ СССР
1 (21) 4313922/25-06 (22) 08.10.87 (46) 30.06.90. Бкл. Р 24 (71) Челябинский политехнический институт им. Ленинского комсомола (72) А.А. Ахматов и В.И. Долбенков (53) 621.43-55(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР
Р 1271988, кл. F 02 D 41/00,. 1985.
Авторское свидетельство СССР
В 1105673, кл. Р 02 D 41/02, 1983. (54) РЕГУЛЯТОР ЧАСТОТЫ ВРАЩЕНИЯ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ (57) Изобретение позволяет упростить конструкцию регулятора частоты вращения двигателя с импульсом по моменту
„„SU„„1574876 А 1 нагрузки за счет косвенного определения момента нагрузки. Регулятор содержит датчик 1 частоты вращения, датчик
2 перемещения топливодозирующего органа, блок 3 оценки момента нагрузки, соединенный входами с датчиками 1 и 2 и выходом с блоком 5 управления, выход которого подключен к входу исполнительного элемента 4 топливодозирующего органа. При изменении момента нагрузки блок 3 по сигналам с датчиков 1 и 2 вырабатывает сигнал, эквивалентный моменту нагрузки, что обеспечивает на установившемся режиме компенсацию из . менения частоты вращения двигателя.
1 HJI
15?4876
Изобретение относится к двигателестроению, а именно к электрическим системам регулирования двигателей.
Цель изобретения — упрощение кон1 струкции регулятора за счет выполнення датчика момента нагрузки двигателя в виде блока оценки момента нагрузки как части электронного блока управления. 10
На чертеже приведена структурная
1 фема регулятора частоты вращения.
Регулятор содержит датчик 1 частот 1 вращения, датчик 2 перемещения топливодозирующего органа, блок 3 оденки момента (формирователь) нагрузки, исполнительный элемент 4 топливо= ! дозирующего органа и блок 5 управления. Датчик 1 частоты вращения подклю-! чен к выходному валу двигателя 6, а 20 д1атчик 2 перемещения — к топливодоз4рующему органу, например рейке топливного насоса высокого давления дизеля. Блок 3 оценки момента нагрузки связан двумя входами с выходами, датчиков 1 и 2. Выходы датчиков 1, 2 и блока 3 оценки момента нагрузки подключены к входам блока 5 управления, выход которого соединен с входом исг1олнительного элемента 4 топливодо- 30 зирующего органа.
Блок 3 оценки момента нагрузки (датчик момента нагрузки) содержит
Два интегратора 7 и 8, измеритель 9 рассогласования, сумматор 10 с тремя
Мходами, усилитель 11 и блок 12 вычисления эквивалентного крутящего момента с двумя, входами. Блок 12 связан своими
9ходами с выходами датчиков 1 и 2, а выходом — с первым суммирующим входом 40 с 10. Второй суммирующий вход сумматора 10 соединен с выходом усилителя 11, а выход — с входом интегратора 7. Выход последнего соединен с вычитающим входом измерителя 9 рассогласо-45
Вания, суммирующий вход которого соедиНен с выходом датчика 1 частоты вращения, а выход — с входами усилителя.11 и интегратора 8. Выход интегратора 8, являюцийся выходом блока 3 оценки момента нагрузки соединен с вычитающим входом сумматора 10 и входом блока 5 управления.
Блок 5 управления может быть выполнен, например, в виде представленном на структурной схеме. Блок управления 5 содержит задающее устройство
13, измеритель 14 рассогласования,корректирующее устройство 15„ сумматор
16 с пятью входами, три блока умножения 17, 18 и 19, усилитель 20, блок
21 вычисления обратной величины частной производной момента двигателя по перемещению топливодозирующего органа с двумя входами, блок 22 вычисления частной производной момента двигателя по частоте вращения с двумя входами и блок 23 вычисления частной производной момента сопротивления по частоте вращения. Вычитающий вход измерителя 14 рассогласования, вход усилителя 20, вход блока 23 и первые входы блоков
f8-22 соединены с выходом датчика 1 частоты вращения. Вторые входы блоков
21 и 22 соединены с выходом датчика 2 перемещения. Вторые входы блоков умножения 18 и 19 соединены с выходами соответственно блоков 22 и 23. Задающее устройство 13 подключено к суммирующему входу измерителя 14 рассогласования, выход которого соединен с входом корректирующего устройства 15. Выход последнего подключен к первому суммирующему входу сумматора 16. Второй cymmрующий вход соединен с выходом блока
3 оценки момента нагрузки, третий суммирующий вход — с выходом блока умножения 19, первый вычитающий вход — с выходом усилителя 20, а второй вычитающий.вход — с выходом блока умножения
18. Выход сумчатора 16 соединен с одним входом блока умножения 17, другой вход которого соединен с выходом блока
21, а выход — с входом исполнительного элемента 4 топливодозирующего органа.
Кроме того, в описании изобретения введены следующие переменные и передаточные функции: U — входной сигнал устройства 13; V — выходной сигнал корректирующего устройства 15; M (s)— .передаточная функция корректирующего устройства 15; W„(з) — передаточная функция исполнительного элемента топливодозирующего органа; h — перемещение топливодозирующего органа; выходной сигнал датчика 2 перемещения топливодозирующего органа; Я вЂ” частота вращения вала двигателя; U — выходной сигнал датчика 1 частоты вращения; Mg(з) — передаточная ,функция датчика 2 перемещения топливодозирующего органа; M<(s) — передаточная функция датчика 1 частоты вращения; М ь - момент двигателя; М вЂ” момент сопротивления; И н — момент нагрузки на валу двигателя:, 3N>>/дh— производная момента двигателя по пере1574876 (12) Л
pÄ(o) =p„„, 30
45 мешению топливодозирующего органа;
GN(I>/ 3 G3- производная момента двигателя по частоте вращения; (I М /()Япроизводная момента сопротивления по частоте вращения; М ), — эквивалентный
5 крутящий момент двигателя М = М вЂ” М э)(в с
Мэк F„(U» U ) I момент и"ерц вращающихся и поступательно движущихся масс, приведенный к валу двигателя; 10
К вЂ” коэффициент передачи усилителя 20;
Ы, — коэффициент передачи усилителя 11;
P — - коэффициент передачи интегратора л
8;.г1 — оценка частоты вращения (O л координатное рассогласование g =Uг-Ю; 15
М „(t) -оценка момента нагрузки M„(t) на валу двигателя.
Структура блока оценивания момента нагрузки синтезирована на основе методов идентификации с настраиваемой мо- 20 делью.
Линеаризованное уравнение двигателя в соответствии со структурной схемой имеет вид
- ЗМ, ЗМ, ЭМ, 25 дв + фв с аЬ а< Зса н
Блок оценивания момента нагрузки на валу двигателя описывается уравнениями
M„(t) =- P. 5 (t); (2)
K (t) =- UQ(t) — 63 (t); (3)
Мэк Ра Ж))» оэ ) (4) и (с)-г м,-м„().+м g(c)j; (5)
О(> О,р(О, (6) Поскольку датчики перемещения топливодозирующего органа и частоты вращения практически безынерционны в рабочей полосе частот регулятора, то можно считать:
П„(t) h(t); (7)
U () "- n (t). (8)
Тогда зависимости (3) и (4) преобразуются к виду
f (t) = Я(t) — G3 (t) (9)
50 и,„= P<(h,u) = М,(h,и) — M,М = ..<д — — у . (10)
3М„Эм „Эм, = а1 аы аа
Иэ выражений (1), (5) и (1О) следует, что уравнения двигателя и его модели в блоке оценивания момента нагрузки подобны, т.е. можно получить уравнение для оценки момента нагрузки в виде
I л, л л
M„(t) Т Ы M.„(t) -Р I M„(t) =
=-Р Т М (е), (11) которому соответствует следующая передаточная функция л
Мн(з) - ?
"м )1 7вг я + х-.gl s -() 1где Т = — и р 1 2(3 Т
Отсюда следует, что в статическом режиме а требуемые динамические характеристики блока оцениваиия момента нагрузки могут быть получены путем соответствующего выбора коэффициентов сс и Р, Таким образом, введение в регулятор блока 3 оценивания момента двигателя равносильно введению связи по неизвестному моменту нагрузки Мн, пропущенному через динамическое звено второго порядка с передаточной функцией (12).
Регулятор работает следующим образом.
В процессе функционирования двигателя изменения момента нагрузки М„(t) на его валу приводят к изменению частотьг. вращения Q (t),Без принятия специальньгх мер изменения частоты вращения могут быть недопустимо велики, особенно при достаточно резких изменениях момента нагрузки. За счет использования блока 3 в регулятор частоты вращения вводится связь по оценке момента л нагруки М (t), которая уменьшает измеН нения частоты вращения, вызванные изменениями М„(с) .
Работа блока 5 управления обеспечивает стабилизацию динамических характеристик системы регулирования при изменении скоростного режима в широких пределах.
Совместная работа блока 5 управления и блока 3 оценивания момента нагрузки сводит к )пгнимуму изменения статических и динамических характеристик системы регулирования, вызванные изменением скоростных и нагрузочных режимов.
157487
Составитель Б. Никаноров
Редактор М. Келемеш Техред M.Ìîðãåíòàë Корректор M. Самборская
Заказ 1770 Тираж 441 Подписное
ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям прн ГКНТ СССР
113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5
Производственно-издательский комбинат "Патент", r.Óæãoðoä, ул. Гагарина, 101
Выполнение датчика нагрузки в виде блока 3 оценивания момента нагрузки позволяет осуществить косвеннбе определение. момента нагрузки дви5 гателя по сигналам с датчиков частоты вращения 1 и перемещения 2 и, тем самым, упростить конструкцию регулятора путем передачи электронному блоку 5 . управления функции измерения момента 10 нагрузки.
Ф ормула изобретения
Регулятор частоты вращения двигателя внутреннего сгорания, содержащий датчик частоты вращения двигателя, формирователь сигнала нагрузки датУ чик перемещения топливодозирующего органа, исполнительный элемент топливодфзирующего органа и блок управления, связанный своими входами с выходами датчика частоты вращения, формироватфля сигнала нагрузки и датчика перемещения, а выходом - с входом испол- 25 нительного элемента топливодозирующего органа, отличающийся тем, что, с целью упрощения конструкции, формирователь сигнала нагрузки выполнен в виде двух интеграторов, измерителя рассогласования с двумя входами, сумматора с тремя входами, усилителя и блока вычисления эквивалентного крутящего момента двигателя с двумя входами, причем входы последнего соединены с выходами датчика частоты вращения и датчика перемещения, а выход — с первым суммирующим входом сумматора, второй суммирующий вход сумматора соединен с выходом усилителя, а выход — с входом первого интегратора, выход которого соединен с вычитающим входом измерителя рассогласования, суммирующий вход которого соединен с выходом датчика частоты вращения, а выход. — с входом усилителя и входом второго интегратора, выход которого соединен с вычитающим входом сумматора и блоком управления.
