Устройство для регулирования частоты вращения и нагрузки двигателя внутреннего сгорания на испытательном стенде Советский патент 1984 года по МПК F02D37/00 

Г Изобретение относится к машиностроению, в частности двигателестрое нию, а именно к устройствам для регу лирования двигателя внутреннего сгорания на испытательном стенде. Известно устройство для регулирования частоты вращения и нагрузки двигателя внутреннего сгорания на и пытательном стенде, содержащее датчи ки частоты вращения и нагрузочного момента, подключенные своими выходам к первому и второму вычитающим элементам соответственно, исполнительный орган по скорости, подключенш к топливодозирзпощему органу двигателя, и исполнительный орган по на.грузке, подключенный к нагрузочному устройству Cl3« Однако известное устройство не о ладает достаточньм быстродействием и точностью регулирования, что Не позволяет его зффективно. использова для регулирования двигателя внутрен него сгорания при исследовании на н стационарных режимах. . Целью изобретения является позы- шение эффективности устройства путем увеличения быстродействия и точности регулирования. Указанная цель достигается тем, чТо устройство для регулирования: частоты вращения и нагрузки двигателя внутреннего сгорания на испытательном стенде, содержащее датчи- ки частоты вращения и нагрузочного момента, подключенные своими выходами к первому и второму вычитаювр1м элементам соответственно, исполнительный орган по скорости, подключен ный к топлйвадозирзпощему органу двй гателя, и исполнительный орган по йагрузке, подключенньй к нагрузочному устройству, дополнительно содержи два нелинейных преобразователи, два нелинейных элемента с релейной характеристикой, третий и четвертый вычитакнцие элементы, причем входы нелинейных преобразователей подключены к. вы}- оду первого вычитанядёге . элемента, выходы - к входам третьего и четвертого вычитающих элементов, К вторым входам которых подкшрчен выход второго вычитающего элемента, вйкодал третьего и четвертого нычитаю щих элементов подключены к входам «ёлинейных элементов с релейной ха)ра:ктеристикой, а выходы последних к исполнительным органам по скорости и .по нагрузке. На фиг, 1 приведена функциональная схема предлагаемого устройства; на фиг, 2 - график оптимального по быстродействию переходного процесса; на фиг, 3 - фазовый портрет графика переходного процесса. Устройство содержит датчики 1 и 2 частоты вращения и нагрузочного момента, подключенные своими выходами к первому и второму вычитающим элементам 3 и 4 соответственно, исполнительный 5 по скорости, подключенный. к тодашводозирующему органу 6 двигателя, и исполнительный орган 7 по.нагрузке, подключенньй к нагрузочному устройству 8, а также два нелинейных преобразователя 9 я Ю, два нелинейных элемента 11 и 12с релейной характеристикой, тре- тий и четвертый вычитающие элементы 13и 14, причем входы нелинейных преобразователей9 и 10 подключены к выходу первого вычитающего зле- . мента 3. выходы - к входам третьего и четвертого вычитающих элементов 13 и 14, к вторым входам которых подключен выход второго вычитающего элемента 4, выходы третьего и четвертого вычитающих элементов 13 и 14 подключены к выходам нелинейных элементов 11 н 12 с релейной характеристикой, а выxpJC последних к исполнительным органам 5 и 7 по скорости н по нагрузке, . Устройство работает следующим образом. ... Система стенд-двигатель является объектом двухсвязного регулирования. Оптимальным управлешнем быстродействия является процесс, изображенный в видеографика аа фиг 2. При этом приняты следующие обозначения: и - сигнал, на входе. исролнительного органа 7 по нагрузке; Uj сигнал на входе, исполнит льнога ор- . рана 5 скорости Е - сигнал рассогласования по величине нагрузочного , момента} Е - снгнал рассогласований по частоте вращения Сигналы управления U и Ug ограичены неравенствами и .1. Для выявления с- уктуры оптимиатора строится фазовый портрет сисемы, изображенный на фиг. 3. Римкими цифрами обозначены зоны, разде311ленные линиями L и Ц, нумерация квадрантов является общепринятой. Если изображающая точка начинается из некоторой точки А третьего квадранта фазового портрета (такое движение соответствует дриведенному на фиг. 2 при и ), то по истечении некоторого времени Ц,,цеы соответствует трчка В. на фазовом порТрете j происходит переключенре и , и далее движение осуществляется при и.г5+ а Uj-t. Затем изображающая точка попадает в точку; С,- j где Происходит переключение сигнала УПравления U,, и движение прдисхрди ; при Ц -1 и , ко РРое закйняйвается в точке с координатами , . ,У. .V:.:--- ;:- :::. , Соединение точек С, явдявдчихся точками переключения сцгналов управдения при различвых кобрдйнатах: точк А., образует линио Li J таким же 66разом соединение ТоЧеК В| образует линию iLyt ... . V, :.,;- . Аналогично осуществляется двйхениё при начальных усяовййх соответствующих например, зоне III фазово;ГО портрета.,, ;. ..., :. - . Линшб-L, можно в вцце не которой функциональнойзависгмости , ( а лини Ц -;TE:,-f (Е). Наиболее просто определить функцию f(ЕЛ) опытным путём, для чего включает сигналы Управления, соответ ствующие линий L в системе стенддвигаТёль. с начальными условия й€. Е.0 и Ё 0; Аналогично линию tjj построить по точкам рптнмальных переключений, полученным при варьировании положения точки BV ни линию; А.В., :-;: . ;;;;; ,.;,-- .: Аналогично можно вычислить фуикцИи fi|(E ) и в) задавшись из-гвестными математическими моделями системы стенд-д вигатель, прим( теорию вариационного исчисления. ; Исходя из фазовогб портрета ожН но сформулировать алгоритм оптимального сигнала управления и signJ E,-(ЕЗ) ; (1); 1 sign Е -fjCE) . (2) по которому работает предлагаемое устройство. Датчик 1 частоты вращёиия преобразует частоту в напряжение, которое поступает на вход вычитакщего зле- j мента 3. Последний формирует на своем выходе сигн рассогласования Е, который поступает на входы иелинёй ных преобразователей 9 и.10. Нелинейные преобразователи 9 и 10 фр;рми- ; руют на своих зы;ходах напряжения, описываемые функциями f (Ej) и f jXE), соответственно, которое затем поступают на входы вычитающих элементов 13 и 14. На другие входа вычитающих элементов 13 и 14 поступает нащ яже-1 ние сигнала рассогласования. Е. по ; нагрузке с выхода вычитаяяцего элемента 4. В результате на выходе вычитающего элемента 13 образуется Иа;1фЯжёние вида (Е), а на выводе втитающего элемента 14 - сигнал E -fjXE). Первый из этих сигналов поступает на вход нелинейного элемента 1 1 с релейной характеристикой, ;а второй - на вход нелииейного зле-; мент 12 с релёйирй характеристикойj Согласно вьфажениям (1) и (2), на i вход исполнительного органа 8 по нагрузке поступает сигнал оптимального органа 5 по скорости - IL . Исполнитёлышй орган 7 по йагрузке, воздействуя иа нагрузочное устройство 8, обеспечивает установку требуе- мого нагрузочного момента, а испол,нительный орган 5 по скорости, воздействуя на рычаг топливодозирующего органа 6 двигателя, обеспечивает .установку требуемой частотывраще|яия. - ,;;.;,,;, ;;, „ ;. ;; ; ,.. I Так104 образом, реализация изобре ения йоэ оляет -повысить эффектив- :Ноёть устройства -путем зпзелнчения . быстродействия и точирсти ;peryjmp6ваиия.;; ;; . .г ..;. ..- -

Фиг.З

УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГУЛИРОВАНИЯ ЧАСТОТЫ ВРАЩЕНИЯ И НАГРУЗКИ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ НА ИСПЫТАТЕЛЬНОМ СТЕНДЕ, содержащее датчики частоты вращения и нагрузочного момента, подключенные своими выхрдами к первому и второму вычитающим эле- ; ментам соответственно, исполнительный орган по скорости, подключенный к топливодозирующему органу двигателя, и исполнительный орган по нагрузке, подключенный к нагрузочному устройству, отличающееся тем, что, с целью повьшгения эффектив ности путем увеличения быстродействия и точности регулирования, оно дополнительно содержит два нелинейных преобразователя, два нелинейных элемента с релейной характеристикой, третий и четвертый вычитанмцие элементы, причем входы нелинейных преобразователей подключены к выходу первого вычитающего элемента, а выходы к входам третьего и четвертого вычитающих элементов, к вторым входам которых подключен выход второго вычитающего элемента, выходы третьего (Л и четвертого вычи -ающих элементов подключены к входам нелинейных эле ментов с релейной характеристикой а выходы последних - к исполнительным органам по скорости и по нагрузке.