Система управления для двигателя внутреннего сгорания с наддувом
СООЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ
ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ
ПРИ ГКНТ СССР (21) 4385951/06 (22) 01.,03.88 (4б) 23.04.91. Бки . Р 15 ,71) челябинский политехнический институт им Ленинского комсомола (72) В.И.Долбенков (53) 62 !„ 3-55(088 8) (56)Рыбальчен -o A..Ã., Азтома|ическое регулирование:;урбонаццув дизелей.— (иев, Донецк: Нища щкол, 1984 с 44-46 (54) СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ ДЛЯ ДВИГАТЕЛЯ
ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ С НАДДУВОМ (57) Изобретение позволяет стабилизировать динамические характеристики системы управления гутем введения
Изобретение относится к двигателестроению, а именно к системам управления для двигателей внутреннего сгорания с регулируемым наддувом.
Цель изобретения - стабилизация динамических характеристик системы путем введения нелинейных связей по перемещению топливодозирующего органа двигателя, частоте вращения вала двигателя и давлению наддува, На фиг, 1 представлена функциоíà"":üHàÿ схема системы управления; на фиг. 2 — структурная схема нелинейной модели системы управления; на фиг, 3 — структурная схема линеаризованной модели системы управления.
Система содержит источник 1 задающего сигнала, измеритель 2 рассогласования частоты вращения вала двигается с двумя входами, первое корректирующее звено 3, первый нелиней,.SU„„1643762 (g))g F 02 D 41/02, 41/14 нелинейных связей по перемеще ппо топливодозирующего органа двигы-еля, частоте вращения зала и давлению над— дува. Система содержит источник 1 задающего сигнала, измерители 2 и 11 рассогласования, корректирующие звенья 9 и 12, усилители 9, 1О датчики
7, 8, 16 перемещения топливодозирующегс органа, частоты вращения вала двигателя б и давления наддува, создаваемого турбокомпрсссором 15. Введение нелинейных прео .=разователей и 13 позволяет выполнить систему уп= равле иля нечувствительной к измзке- нию скоростных и нагрузочных режимов, 3 е
1 ный преобразователь 4 с тремя вхоцапривод 5 топливодозирующего органа двигателя, двигатель б, датчик
7 перемещения топливодозируощего органа двигателя, датчик 8 частоты ращения вала двигателя, первый усилитель 9, второй усилитель 10> HsMepHтель 11 рассогласования давления наддува с тремя входами, второе корректирующее звено 12, второй нелинейный преобразователь 13 с четырьмя входами, привод 14 регулирующего органа турбины, турбокомпрессор 15, датчик 1б давления наддува.
Каждый преобразсватель содержит сумматоры 17 и 18, усилители 19 и
20, и дифференцирующие звенья 21-27.
Первый вход измерителя 2 рассогласования частоты вращения вала двигателя соединен с источником 1 задающего сиг;-.:ала а в;г;од - со входом
1643762 первого корректирующего звена 3, выход которого соединен с первым входом первого нелинейного преобразователя 4, выход которого соединен со входом привода 5 топливодозирующего органа двигателя. Выход датчика 7 перемещения топливодозирующего орга; на двигателя соединен со входом первого усилителя 9 и вторым входом вто- 10 рого нелинейного преобразователя 13.
Выход первого усилителя 9 соединен с первым входом, а выход второго усилителя 10 со вторым входом измерителя 11 рассогласования давления наддува, выход которого соединен со входом второго корректирующего звена 12, выход которого подключен к первому входу второго нелинейного преобразователя 13, выход которого соединен со20 входом привода 14 регулирующего органа турбины. Выход датчика 16 давления наддува соединен с третьим входом измерителя рассогласования 11 давления наддува, четвертым входом 25 второго нелинейного преобразователя
13 и вторым входом первого нелинейного преобразователя 4, На фиг. 2 и -3 приняты .следующие условные обозначения:
U — входной задающий сигнал источника 1;
Ug - сигнал, пропорциональный ошибке по частоте вращения вала двигателя;
Wz,(S) — передаточная функция перво
Я5 го корректирующего звена 3;
V — выходной сигнал первого кор1 ректирующего звена 3
h — выходной сигнал первого нели40 нейного преобразователя 4;
W„ (S) — передаточная функция привода 1 топливодозирующего органа двигателя;
h - перемещение топливодозирующего органа двигателя;
У (S) — передаточная функция датИ чика 7 перемещения топливодозирующего органа двигателя;
М вЂ” момент нагрузки, приведенный
50 к валу двигателя 6;
I — - момент инерции, приведенный к валу двигателя 6;
М (3) - передаточная функция датчика 8 частоты вращения вала двигате55 ля а - коэффициент передачи первого усилителя 9; а2 — коэФФициент передачи второго усилителя 10;
Пр - сигнал, пропорциональный ощибке по давлению наддува;
1 (Б) — передаточная функция втоРого корректирующего звена 12 °
Ф
Ь вЂ” выходной сигнал второго нелинейного преобразователя 13;
W„- (S) — передаточная функция привода 14 регулирующего органа турбины;
h. — перемещение регулирующего органа турбины;
Р— давление наддува во впускном коллекторе двигателя;
Wp (S) — передаточная Функция датчика 16 давления наддува;
U p<- выходной сигнал датчика 16 давления наддува;
М (Ь,GÇ,ÐK) — зависимость крутящего момента двигателя от перемещения топливодозирующего органа, частоты вращения вала двигателя идавления наддува;
T(h»h,ß,Ð ) — зависимость скорос ти изменения давления наддува от перемещения регулирующего органа турбины, перемещения топливодозирующего органа и частоты вращения вала двигателя, давления наддува;
Г„ (V< Uy Up) — зависимость выходного сигнала первого нелинейного преобразователя от входного сигнала V1. выходного сигнала датчика частоты вращения вала двигателя, выходного сигнала датчика давления наддува;
У (72,U,Uy>U P ) — 38BBcHMocTb выходного сигнала второго нелинейного преобразователя от входного сигнала
V<, выходного сигнала датчика перемещения топливодозирующего органа, выходного сигнала датчика частоты вращения вала двигателя, выходного сигнала датчика давления наддува.
Система управления работает следующим образом.
Программное значение давления наддува зависит от перемещения . топливодозирующего органа и частоты. вращения вала двигателя и определяется в виде нрогр р à 1Uh+a2UQ (1) а рассогласование по давлению наддува определяется в измерителе 11 по формуле
ppor p
U(Uр -Up (2) — — =I (h»h,CO, P„) . (4) В уравнениях (3) и (4) не учитывается влияние быстропротекающих процессов во впускном и выпускном коллекторах двигателя.
Если разрешить функцию M >=N >(h, Q,Ð ) относительно перемещейия топливодозкрующего органа h, то получим выражение
Рк) " (5) 20 ! .Н.-;пример, при полиномлальномт представлении функции
Ng (h 63 PK) ™o h+тп2 (б) 25
Функция (5) будет иметь вид
Я йФ.: "йЛ 2У
/7)
Аналогично функтдю T(h„. h,Я,Py) мож30 но разрешить относительно регулирующего органа турбины
Ь =Р (Т,Ь,Я,Рт ). (8)
В предлагаемом изобретении желае- 35 мая связь между функциями М и Т величинами сигналов V и V< взята в виде линейного соотношения (9) 40 (10) м,=к,v,, к,7 о, т=к ч, к, о.
Поскольку быстродействие приводов топливодозирующего органа двигателя и регулирующего органа турбины, датчиков перемещения топливодозирующего органа двигателя, частоты вращения вала двигателя и наддува намного выше быстродействия собственного двигателя и турбокомпрессора, то можно считать, что
w, (s) 1, w„(s) = 1, (11)
w>(s) = 1, w (s) 1„w (s) = 1, (1z)
55 а следовательно и„=h=h, h =h, V, È, 16437
Нелинейные дифсЪеренциальньте уравнения движения двигателя и турбоком.прессора, записанное относительно давления наддува, имеют вид
Т вЂ” =М (h,И, P„) -N„, (3) Тогда выходные сигналы нелинейных преобразователей будут определяться из зависимостей — для первого нелинейного преобразователя
h =F (К V,, U>, U ), (14)
Ф
К вЂ” для второго нелинейного преобразователя
=Е (K V 1т„, q „ V ) (15)
Реализация зависимостей (14) и (15) не требует измерения координаты h.
Для функций (б), (9), например, первый нелинейный преобразователь будет определен завискмостью
K, V -m m:."с,т
Э (1б)
m +m U<+m
2 и а к
Получим передаточные функции для отдельных частей системы, содержащкх нелинейные звенья. Для этого произведем линеаризацию нелинейностей, Линеаризованные уравнения двигателя дЫ З Мав ЗИав 3Мав
I — — =- -- - Qh+ --4- Я+ -- - $ P
dt атп () д ЯP (18) М (Ь,Са,р )-М (1,(0,Р„) М (С4, аргументы функции F(K Линеаризованные уравнения турбокомпрессора аЬрк Т 3 т ЭТ - — — = — — 5h + — )h+ — ц,)+ т -5N, где (т Д h 5 Р Ь Мя — отклонения (варкацки) частоты вращения вала двигателя, перемещения топливодозирутощего органа, давления наддува и момента нагрузки соответственно; 3 ММяü sат Мдь ЭМ и -- - — частные произ363 »„, водные момента двигателя по соответствующим переменньц1. Момент сопротивления Мс(Я) у титывается в первом нелинейном преобразователе традиционным способом. Если ввести величину эквивалентного момента двигателя в виде 1643762 (19) Структурная схема линеаризованнай системы представлена на фиг. 3, из которой следует, что при условиях (11), (12), (13) и точной настройке нелинейных преобразователей, сигналы с выходов паследних компенсируют соответствующие сигналы с выходов дви гателя и турбокомпрессора таким образом, что передаточная функция подсистемы "выход первого корректиру11 ющего звена — выход двигателя становится равной передаточной функции интегрирующего звена, т.е,,о Ьд(я) к 1т (S) Ч, gV((S) IS (22) Передаточная функция подсистемы "выход второго корректирующего звеtf на — выход турбокомпрессора также равна передаточной функции интегрирующего звена Г» hP>(S) K "= ZV,(Sr = Г . (23) Таким образом, система управления становится нечувствительной к изменению скоростных и нагрузочных режимов (то есть к параметрам h, h>-, И, где 6h„ — отклонение (вариация) перемещения регулирующего органа турбины;. Зт» Зт Зт Зт Зьт аь ар ap, — — — частные произ- водные функции Т по соответствующим переменным. Линеаризованные уравнения для нелинейных преобразователей получим из (1ч), (15) с учетом (11), (12), (13) . Здесь используется также известное правило дифференцирования обратных функций. Тогда % 3F < 3Nó dF< 3F jib = л — — - QV + ..— ЬЮ+ — 5P = (а МЯВ) (1,1 И В ) ®1Яь g Я /, Ф ЗЕБР Зт 677++3Раhh+ +3уаAQ 7 Ят QVg 2 ®1 3Q3 Эт - « З - ат - р„- =(„) "-(,) Г" -(- — ) -- aZ- ---) Э рк . (21) Дт - ЗТ 3Т - «® 3h> 3Я 1 Т Э к P ) и, следовательно, с помощью ввеК дения нелинейных связей, реализуемых с помощью двух нелинейных преабраэа- вателей, происходит стабилизация ди5 намических характеристик системы. Формула изобретения Система управления для двигателя внутреннего сгорания с наддувом, содержащая датчик перемещения топливодозирующего органа, первый измеритель рассогласования с двумя входами, один из которых связан с выходом задающего устройства, а другой — с датчиком частоты вращения, датчик давления наддува, два усилителя, второй измеритель рассогласования с тремя входами, один из которых связан с датчиком давления наддува, а два других входа через усилители связаны соответствен-но с датчиком перемещения топливадазирующего органа и датчиком частоты вращения и два корректирующего звена, одно иэ которых входом связано с вы1 ходом первого измерителя рассогласования и выходом связано с приводом топливодозирующего органа, а другое корректирующее звено входом связано с выходом второго измерителя рассо3() гласования и выходом подключено к органу регулирования давления наддува, отличающаяся тем, что, с целью стабилизации динамических характеристик, система снабжена первым нелинейным преобразователем с тРемя, входами и вторым нелинейным преобразователем с четырьмя входами, каждый преобразователь выполнен в виде усилителя, дифференцирующих звеньев по 4п количеству входов преобразователя и сумматора, количество входов которого равно количеству входов преобразователя, причем первый вход .каждого сумматора через усилитель связан с выходом корректирующего звена, остальные входы выполнены вычитающими, второй и третий входы сумматора через дифференцирующие звенья связаны соответственно с датчиком давления наддува и датчиком частоты вращения, выходы сумматоров первого и второго преобразователей связаны соответственно с приводом топливодозирующего органа и органом регулирования давления наддува, а четвертый вход сумматора второго преобразователя через дифференцирующее звено связан с датчиком перемещения топливо-дозирующего органа. 1643762 1643762 Составитель П.Мурашев Техред Л.Сердюкова Редактор В.Кондрахина Корректор Л.Пилипенко Заказ 1458 Тираж 361 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101
