Устройство для моделирования двигателя внутреннего сгорания Советский патент 1987 года по МПК G06G7/62 

Изобретение относится к вычислительной технике н может найти пртгме- Пение н 1ренлжерах для обучения во- AHTti.neii транспортных средств и и ис- сле;ювател11ских с.тендах .

Целью изобретения ялляется расширение оункниоиал1 ных БОзмо/к К)стеГ устройстра за сче/г моделиронания его пусконих и регуляторных характеристик и их снеративного рет улирования,

На ()иг.1 дана схема ycTpoiicTna; на фиг./ - работа устройства.

Устройство содер ит потенциометр i , мехат нмески связанш-пЧ с регулятором подачи топлива 2, интетросумматоу) 3, усилитель | , фу нкционалт.ный сч егтениоГ npeoCipa-jOBaTe.Tib 3, усилитель с pel у- лируеьп.1м ко кЬфициентом уси.гтения 6, б.гток 7 пнешнетчт момента, за- датчик значения устойчивой cкopoc и двигателя В, комнаратор 9, ограничительт.нЧ диод 1П, суммирую- ишй усилт1тель 1 1 и блок 12 задания нелинейности типа Тона нс чувствител 1Г)СТИ .

Ус}:литч-;ль 6 с ретл лируемым коэффициентом усилеггня в)лючает опс.радион- усилитель 14 с резистором 14 в цепи от р1Н1ателпл1ОЙ обраттюй спячм и отринательной oGimTFOii связи с регу- JTHpyi Moii величиной tM o сонротиадения, нlчГ,o, lHeHJ oй в виде, непочки из транзистора 1 и резистора fi,

K lOf; 7 з;:да ия 3 ачения DHeiiHiero ;моментл cfi;:, днл переменных резне тора 17 и 18, включенных но потен- Ниометрическои схе.ме на разнополяр- ные напрнл;ения, и трехпозиционного

переключателя 19 Илок 1. включает пер аменный резисюр 20 и диод 21.

потенциометра 1 механически связан с pej yjTHTop)OM 2 нодачи топлива о Нолее высокая точность моделирования может 01.(ть получена при использовании нелинейного делителя.

Интегросумма I Oji 3 представляет собой операцио1пш1Й усилитель с кон- денсач ором в щши отрицательной обратной свизи и тремя режимами работы Интегрирование, Останов, Задание начал|.ц|-1х услови1|.

Режиг ;1 работы задаются коммути- руи-идим ycTpoi icTBOM во входной цепи 15нте1 ратора м другим коммутирующим ycTpoiicTpoM.j нo ключalO lшм выход делителя напряжения (источник - первый резистор - iri opoii резястир - выход онерацнгпнюг о усилите:1я I ко входу

ЬЧ2

операци лпюго усилителя. Отрицательная обратная связь с выхода интегро- сумматора 3 на его третий вход моде- дирует потери в двигателе и его вспо- мо1 ательных механизмах.

Функционалып и степенной преобра- зо атель 3 выполнен кусочно-линей)шм.

Комнаратор 9 пыполнен по схеме операционного усилителя с большим коэффициентом усиления и ограничением выходного сигнала.

Суммирующий усилител) I 1 выполнен по схеме операционного усилителя с переменным резистором я цепи обратной связи для изменения его коэффициента усиде}1ия .

Работа устройства основана на интегрировании уравнения движения ко- ленчатого в.Т-па двигателя

- М,{и., ) - М„(иО,

cit,

где I - моме)т инерции, приведен1а1й к валу двигателя;

U - угловая скорость вала; t, - время;

Мj - индикаторный момент двигатели ; d - угол открытия дроссельной

заслонки карбюратора; Ц внеоший момент, приложенный

к налу двигателя; М„ - момент суммарных потерь в двигателе и его вспомогатель

Hi.ix механизмах.

Интегрирова)П1е уравнения движения осуществляется интегросумматором 3| входнь 1и напряжениями которого являются три напряжения, пропорциональные трем моментам в правой части уравнения, В режиме Задание начальных условий задаются нулевые начальные условия на интегросумматоре 3.

Индикаторный мом нт двигателя IIDH полност1 ю открытой дроссельной заслонке моделируется функциональным степенЕ ым преобразователем 5 (внешняя скоростная характеристика). Частичные скоростные характеристики получаются путем линейного (или нелинейного) преобразования внешней с помощью потенцлпметра .

Внеп1ний момент двигателя моделируется блоком 7, а момент суммарных потерь - отрицательной обратной связью интегросумматора 3 с В1 гхода на его -третий вход.

31

11ереключате;тем 19 блока 7 задается три режима работы дпигателя: Запуск двигателя (п верхней (по схеме) положении переключателя); Холостой ход (в среднем); Тяговыг (в ниж}1ем положенуп переключателя 19), Подстроечным ре истором 17 устанавливается величина отрицательного напряжения, пропорциональная пусковому моменту стартера. Резистором 18 устанавливается и регулируется в процессе работы двигателя положитель ное напряжение, пропорциональное внешнему моменту нагрузки.

Задатчиком значения минимально устойчивой скорости двигателя 8 устанавливается напряжение, пропорциональное минимально устойчивой скорости двигателя, а резистором 20 бло ка I2 задания нелинейности - напряжение, пропорциональное значению скорости, при которой начинается ограничение момента по регуляторной ветви скоростной характеристики.

Переменным резистором в обратной связи суммир- тощего усилителя I 1 устанавливается требуемое значение его коэффициента усиления и, тем самым, наклон регуляторной ветви.

Усилитель с регулируемым коэффициентом усиления 6 осуществляет огра ничение сигнала, поступающего на его информационный вход в соответствии с сигналом управления.

Внешняя скоростная характеристика индикаторного момента ( al 1 ), формируемая функциональным степенным преобразователем 5, соответствует функции ОАВС (фиг.2). При полностью закрытом дросселе ( о/ О) - это линия OY. Задание минимально устойчивой скорости приводит к трансформации функции ОАВС в функцию ONABC. Добавление регуляторной ветви характеристики BTY дает полную внешнюю характеристику ONABTY. Для примера приведена одна из частичных характеристик (О а 1 ): ONDETY,

Аппроксимированная характеристика момента потерь - прямая OZ,

В результате суммирования на ин- тегросумматоре 3 внешней, например, характеристики OKABTY с характеристикой потерь OZ получим внешнюю тяговую характеристику OPFGSZ двигателя, Примеры частичных тяговых характеристик: OPHLS7, (О о; 1) и OPKS2 , (d 0

5

ЛЯ8694

Прямая ТК соответствует некоторому значению момента внешней нагрузки, а отрезок OV - установившемуся значению скорости двигателя, работающего с данной нагрузкой на упомянутой частичной характеристике,

Отрезок ON соответствует значению минимально устойчивой скорости, а ОХIQ скорости ограничения момента в соответствии с регуляторной ветвью характеристики двигателя.

Устройство работает cлeдy o п м образом,

15 Включается режим Интегрирование блока 3 и режим Запуск двигателя блока 7.

Па второй вход интегросумматора 3 с резистора 17 блока 7 через пере2Q ключатель 19 поступает отрицательное напряжение, пропорциональное пусковому моменту стартера. Па выходе интегросумматора 3 появляется положительное напряжение, пропорциональное

25 скорости двигателя, а на его третьем входе - положительное напряжение, моделирующее момент потерь.

Па выходе усилителя 4 и на входе степенног О функционального преобра30 зователя 5 увеличивается отрицательное напряжение, пропорциональное скорости двигателя.

Па выходе степенного функционального нреобразователя 5 появляется положительное напряжение, пропорциональное индикаторному моменту при полном дросселе.

Когда скорость двигателя превысит минимально устойчивое значение, а

Q напряжение на втором входе компаратора 9 соответственно,превысит уровень уставки, на выходе компаратора появляется положительный уровень напряжения, ограничиваемый ограничительным диодом 10. Транзистор 15 закрывается, коэффициент усиления усилителя с регулируемым коэффициентом усиления 6 повышается до максимального и отрицательный сигнал с его выхода через потенциометр 1 поступает на первый вход интегросумматора 3, Управляя регулятором 2 подачи топлива, повышаем выходное напряжени( потенциометра 1. Это приводит к повыg5 шению темпа нарастания сигнала на выходе интегросумматора 3, После за- туска двигателя переключателем 19 устанавливается режим Холостой ход В этом pejKHMe момент внешней нагруз1й

45

50

5

ки ранен нулю, что соотпетствует линии (фиг,2), Устанопившееся значение скорости в этом .режиме определяется точкой пересечения частичной (или внепгней) характеристики с

отрезком

OV

, например w.

С включением режима Тяговой с резистора 18 на второй вход интегро- сумматора 3 поступает положительное напряже}Ше, моделирующее тормозной момент внешней нагрузки, например,01 Напряжение на выходе интех-росумма- тора 3 умен1.1чится, что соответствует снижению скорости с величины OW до OV на тойже частичной характеристике.

При увеличении положительного напряжения на выходе блока 7 (внесшего тормозного момента) или перемещения регулятора 2 топливоподачи в сторону уменыче шя вьгходного напряжения потенциометра 1 (уменьшении топливо- подачи ) выходное напряже}1ие интегро- сумматора 3 (скорость двигателя) будет уменьшаться, и если они окажутся ниже напряжения уставки на выходе задат 1ика значения минимально устой,- чивой скорости двигателя 8 напряжение на выходе блока 6 (индикаторный момент) и выходное напряжение и 1тег- росумматора 3 падают до нуля (двигатель г. юхнет} .

Если же модулируется ноньшшние топливоподачи или уменьшение внеише- го момента сопротивления, то скорост двигателя возрастает, и когда она достигает пначе}1ия ограничения (ОХ) , двигател) начинает работать на регу- ляторной ветви. На модели же в этот момент открывается диод 21 и на выходе блока 12 появляется напряжение, пропорциональное превьш1ению скорости ограничения, например, величине XV, что приводит к снижению коэффициента усиления усттлителя 6, пропорциональ- )Ю величине л , и уменычению его вы- ХОДНО1Ч) напряжени.я,

88696

Формула и 3 о б р е т е н и я

Устройство для моделирова}шя двигателя внутренне.го сгорания, содержащее блок задания подачи топлива, вы- nojuieHHbii i в виде потенциометра ,средний вывод которого соединен с первым входом интегросумматора, выход кото1Q рого через усилитель подключен к входу степенного функционального преобразователя, и блок задания значения внешнего момента, выход которого соединен с вторым входом интегросумма 1 тора, выход которого подключен к его третьему входу, отличающее- с я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей за счет моделирования пусковых и регуляторных

2Q характеристик двигателя, в него введены усилитель с регулируемым коэффициентом усиления, блок задания нелинейности типа Зона нечувствительности, компаратор, ограничительш.1Й ди/ Ь од, суммирую ций усилитель и задатчик значения минимально устойчивой скорости двигателя, выход которого соеди- TieH с первым входом компаратора, выход которого через ограничительный

30 диод подключен к первому входу сум- №1рую цего усилителя, второй вход которого подсоединен к П1 1ходу блока задания нелинейности типа Зона нечувствительности, вход которого со-. единен с выходом усилителя, выход суммирующего усилителя подключен к управляющему входу усилителя с регулируемым коэффициентом усиления, информационный вход которого соединен

К) с выходом степенного функционального преобразователя и выход подключен к одному крайнему выводу потенциометра, другой крайний вывод которого соединен с шиной нулевого потенциала, вы,|,, ход интегросумматора является выходом устройства и соединен с вторым входом компаратора.

М

Фиг. 2