Устройство для регулирования частоты вращения дизель-генератора Советский патент 1988 года по МПК F02D29/06 

25

30

соединенные между собой первый ревер-2о се нагрузки на дизель-генератор, что сивньм счетчик 1, второй реверсивный счетчик 2, узел 3 памяти, цифроана- логовый преобразователь 4, суммирующий усилитель 5, усилитель 6 мощности, электрический исполнительный механизм 7, дизель 8, генератор 9, формирователь 10 прямоугольньк импульсов, выход которого соединен с дополнительным входом формирователя 11 сигнала задания и с вторым входом узла 12 сравнения, генератор 13 опорной частоты, выход которого соединен с вторым входом синхронизатора 14, с входами первого формирователя 15 частоты и второго формирователя 16 частоты и с первым входом формирователя 11 сигнала задания. Выходы первого формирователя 15 частоты и второго формирователя 16 частоты соединены соответственно с первыми входами первой логической схемы И 17 и второй логической схемы И 18, узел 19 обратной связи, вход которого подключен к выходу электрического исполнительного механизма 7, а выход - к второму входу суммирующего усилителя 5. Первый выход узла 12 сравнения соединен с первыми входами реверсивных счетчиков 1 и 2, второй выход узла 12 сравнения соединен с первым входом синхронизатора 14 и с вторыми входами первой логической схемы И 17 и второй логической схемы И 18 о Выход логической схемы И 17 соединен с вторым входом первого реверсивного счетчика 1, а выход логической схемы И 18 - с вторым входом второго реверсивного счетчика 2„ Первый выход синхронив результате приводит к желаемому увеличению точности поддержания частоты вращения дизель-генератора. В аналого-цифровом преобразователе 22 первый и второй входы соединены со-- ответственно с первым и вторым вько- дами узла 12 сравнения, третий вход- с выходом генератора 13 опорной частоты, а выхоДч- с дополнительными входами первого и второго формирователей 15 и 16 частоты.

Устройство для регулирования частоты вращения дизель-генератора работает следующим образом.

После запуска дизеля 8, прогрева и выхода его в номинальный режим работы подключается устройство для регулирования частоты вращения. Синусоидальное напряжение (фиг. 4а), поступающее с выхода генератора 9, . формирователем 10. (фиг. 1) прямо- - угольных импульсов преобразуется в прямоугольньй сигнал с частотой в два раза меньшей входной и длительностью равной I (фиг. 4б). Этот сигнал поступает на дополнительный вход формирователя 11 (фиг. 1) сигнала задания и на второй вход узла 12 (фиг. 1) сравнения о

Передним фронтом прямоугольного

50 сигнала Т, запускается формирователь 11 сигнала задания, который формирует сигнал задания определенной длительности Т (фиг. 4в)о Длительность сигнала задания Т определяется ко55 личеством импульсов, поступающих

на первый вход формирователя 11 сигнала задания от генератора 13 опор- ной частоты. Узлом 12 сравнения

35

40

45

5

0

о се нагрузки на дизель-генератор, что

в результате приводит к желаемому увеличению точности поддержания частоты вращения дизель-генератора. В аналого-цифровом преобразователе 22 первый и второй входы соединены со-- ответственно с первым и вторым вько- дами узла 12 сравнения, третий вход- с выходом генератора 13 опорной частоты, а выхоДч- с дополнительными входами первого и второго формирователей 15 и 16 частоты.

Устройство для регулирования частоты вращения дизель-генератора работает следующим образом.

После запуска дизеля 8, прогрева и выхода его в номинальный режим работы подключается устройство для регулирования частоты вращения. Синусоидальное напряжение (фиг. 4а), поступающее с выхода генератора 9, . формирователем 10. (фиг. 1) прямо- - угольных импульсов преобразуется в прямоугольньй сигнал с частотой в два раза меньшей входной и длительностью равной I (фиг. 4б). Этот сигнал поступает на дополнительный вход формирователя 11 (фиг. 1) сигнала задания и на второй вход узла 12 (фиг. 1) сравнения о

Передним фронтом прямоугольного

0 сигнала Т, запускается формирователь 11 сигнала задания, который формирует сигнал задания определенной длительности Т (фиг. 4в)о Длительность сигнала задания Т определяется ко5 личеством импульсов, поступающих

на первый вход формирователя 11 сигнала задания от генератора 13 опор- ной частоты. Узлом 12 сравнения

5

0

5

вьзделяется разностный сигнал длительностью ЛТ (.j) (фиг. 4г), вьЩеляется знак разности и устраняется ложный разностный сигнал, возникающий вследствие задержки появления переднего фронта сигнала задания Tj относительно прямоугольно- го сигнала Т. Выполняется следующая логическая операция ЛТ ,. Знак 4Т определяется: Т„-Т, - сложение, Т Tj - вычитание.

Ложный разностный сигнал устраняется введением задержки на появление прямоугольного сигнала Т, в л о- гической операции ,.

Сформированный узлом 12 сравнения разностный сигнал длительностью а подается на второй вход первой логической схемы И 17, на первый вход которой поступают, импульсы определенной частоты f, и скважностью А,, сформированные первым формирователем 15 частоты из поступающих в него импульсов частоты fon опорного генера- тора 13 таким образом, чтобы длительность оставалась постоянной при изменении частоты f,.

С выхода первой логической схемы И 17 разностный сигнал длительностью ЛТ, заполненный импульсами частотой f, поступает на второй вход первого реверсивного счетчика 1. Одновременно с первого, выхода узла 12 сравнения на первый вход первого реверсивного счетчика 1 поступает сигнал знака ЛТ (фиг. Ад). При Т , Т, формируется сигнал знака Сложение (фиг. 4д)о

Первым реверсивным счетчиком 1 осуществляется суммирование импульсов частоты f, с предьщущим значением, запомненным в первом реверсивном счетчике 1.

п .г f, лТ ,

(rf...m

где t - текущее время.

Учитывая, что среднее значение (математическое ожидание) количества импульсов на произвольный промежуток времени равно

п

f 1 dT it

пающего на третий вход второго реверсивного счетчика 2,. равно

n

f T

Л t

Q

5

0 5

0

5

0

5

что соответствует интегралу при

At .

Сформированный узлом 12 сравнения разностный сигнал длительности л Т также подается на второй вход второй логической схемы И 18, на первый вход которой подаются импульсы определенной частоты fj и скважности AI, сформированные вторым формирователем 16 (фиг. 1) частоты из поступающих в него импульсов частоты fpi, генератора 13 опорной частоты таким образом, чтобы длительность 1/ Aj f оставалась постоянной при изменении частоты f .

С выхода второй логической схемы И 18 разностный сигнал длительности

л Т, заполненный импульсами частотой f, поступает на второй вход второго реверсивного счетчика 2. Одновременно с первого выхода узла 12 сравнения на первый вход второго реверсивного счетчика 2 поступает сигнал знака и Т Сложение.

Вторым реверсивным счетчиком 2 осуществляется суммирование импульсов, поступающих на второй вход с выхода второй логической схемы И 18, и прибавление полученного количества импульсов п f г йТ к количеству импульсов, записанному во второй реверсивный счетчик 2, с выхода первого реверсивного счетчика 1 на третий вход второго реверсивного счетчика 2 один раз за период прямоугольных сигналов Ту (фиго 4б), сформированных формирователем 10 прямоугольных импульсов.

С выхода второго реверсивного счетчика 2 двоичный параллельный код поступает на первый вход узла 3 памяти. С выхода узла 3 памяти происходит постоянное считывание кода в цифроаналоговый преобразователь 4, соответствующего следующему количеству импульсов

Изобретение относится к машиностроению и позволяет повысить точность поддержания частоты вращения дизель-генератора..Устр-во содержит реверсивные счетчики 1,2, узел 3 памяти, дифроаналоговый преобразователь 4, суммирующий усилитель 5, усилитель 6 мощности, электрический исполнительный механизм 7, дизель 8, генератор 9, формирователь 10 пря моугольных импульсов, формирователь 11 сигнала задания, узел 12 сравнения, генератор 13 опорной частоты. синхронизатор 14, формирователи 15, 16 частоты, логические схемы И 17,18, узел 19 обратной связи. Для введения мертвой зоны в регулировочные характеристики устр-ва вводятся одновиб- ратор 21 и узел 20 памяти, аналого- цифровой преобразователь 22, Последний преобразует импульс записи двоичного кода в аналоговый сигнал управления частоты вращения о Счетчики 1,2 позволяют реализовать пропорционально-интегральный закон регулирования частоты вращения дизель-генератора. Формирователь 15 и схема И 17, формирователь 16 и схема И 18 позволяет сформировать число импульсов заполнения реверсивных счетчиков. Синхронизатор формирует импульс записи двоичного кода с выхода счетчика 2 в узел памяти. Одновибратор и узел 20 позволяют ввести мертвую зону с линейным сопряжением ветвей характеристики, что приводит к устранению искажения и уменьшению времени переходного процесса по частоте вращения дизель-генератора..2 з.п. ф-лы, 4 ил о

количество импульсов на выходе первого реверсивного счетчика 1, поступ.5

f

т„

ЛТ ,

Учитывая, что

Т Т,-Т,

t

f.

f3-fu

t. -Ч.

f

И-ЕЗ.

f.fi

то

f ij f

fr

dt +

ifu

Таким образом реализуется пропорционально-интегральный закон регулирования частоты вращения дизель-генератора.

На первый вход синхронизатора 14 (фиг, 1) поступает разностный сигнал ЛТ (фиг. 4г), а на второй вход - импульсы частоты опорного генератора 13 (фиг. 4е).с В момент формирования заднего фронта разностного сигнала Т (фиг„ 4г) синхронизатором 14 с второго выхода формируется импульс записи двоичного кода во

второй реверсивный счетчик 2 (фиг. 4з С первого выхода синхронизатора 14 формируется импульс записи двоичного кода.

Напряжение с выхода цифроаналого- вого преобразователя 4, пропорционалное двоичному коду, поступающему на его вход, подается на вход суммирую- щего усилителя 5 (фиг. 1), реализующего пропорционально-интегральный закон по положению механизма топлива-подачи, суммируется с напряжением узла 19 (фиг. 1) обратной связи, усиливается суммирующим усилителем 5, .поступает на вход усилителя 6 мощности и подается на обмотку электрического исполнительного механизма 7, который увеличивает подачу топлива в дизель. Возрастает частота вращения дизель-генератора, разностный сигнал лТ стремится к нулю, и точность поддержания частоты вращения дизель-генератора повышается. Узел 19 обратной связи служит для стабилизации положения органа топливопо- дачи и повышения быстродействия электрического исполнительного механизма 7.

При сигнале знака л Т Вычитание (фиг. 4д) устройство для рагу- лирования частоты вращения дизель- генератора работает аналогично указанному, за исключением того,.что

10

15

20

25

);, 30

16

первый реверсивный счетчик 1 и второй реверсивный счетчик 2 осуществляют операцию вычитания.

При разностном сигнале йТ, стремящемся к нулю, характеристика регулирования становится релейной, что приводит к нестабильности частоты вращения. Для устранения релейной характеристики (фиг. 5) и уменьшения нестабильности частоты вращения при разностном сигнале г, Т, стремящемся к нулю, вводится зона нечувствительности. Введение зоны нечувствительности реализуется введением в схему регулирования частоты вращения дизель-генератора одно- вибратора 21 и дополнительного узла 20 памяти.

Формирование зоны нечувствительности осув ествляется следующим, образом.

При поступлении разностного сигнала йТ па второй вход одновибра- тора 21 последний запускается и фор,- мирует сигнал длительностью лТ как сумму m - количества импульсов частоты опорного генератора 13 fоп s поступающих на первый вход одновиб- ратора 21,

ДТ, m/f

on

5

5

0

5

0

При переходе сигнала длительностью 4 Т, с уровня 1 в уровень О на первом входе дополнительного узла 20 памяти последним контролируется наличие разностного сигнала йТ.

При разностном сигнале лт, большем сигнала длительности dTj с выхода дополнительного узла 20 памяти, на третьи входы первой и второй логических схем И 17 и 18 подается сигнал 1, который разрешает прохождение импульсов частоты f , f, от первого 15 и второго 16 формирователей частоты через логические схемы И 17 и 18 и запоминается дополнительным узлом 20 памяти.

При следующем поступлении разност- н.ого сигнала йТ, если условие ЛТ /iTj сохраняется, состояние дополнительного узла 20 памяти подтверждается (не изменяется).

Если разностный сигнал dT становится меньще iT,,, в узел 20 дополнительной памяти заносится сигнал О, которьш поступает на третьи: .входы логических схем И 17 и 18

7

(фиг. 2) и осуществляет запрет прохождению импульсов частоты f, f, от первого 15 и второго 16 формирователей частоты на реверсивные счетчики 1 и 2, тем самым вводится зона нечувствительности и уменьшается нестабильность частоты вращения дизеля-генератора. Узел 19 обратной связи служит для стабилизации положения органа топливоподачи и повышения быстродействия электрического исполнительного механизма 7,

При сигнале знака /:Т Вычитание (фиг. 4д) устройство регулирования частоты вращения дизель-генертора работает аналогично указанному за исключением того,, что реверсивные счетчики 1 и 2 осуществляют опе Вычитание ,

Для уменьшения времени переходного процесса по частоте вращения дизель-генератора при набросе и сбросе нагрузки дополнительно в устройство для регулирования частоты вращения дизель-генератора вводится аналого-цифровой преобразователь 22 (фиг, 3)„ Аналого-цифровым преобра- зователем 22, первым 15 и вторым 16 формирователями частоты формируется характеристика зависимости количества импульсов, заполняющих разностный сигнал dT при его изменении в зависимости от знака путем изменения частоты f , f ,.

При поступлении на второй вход аналого-цифрового преобразователя разностного сигнала лТ последний запускается. Длительность разностного сигнала лТ с помощью частоты, поступающей с опорного генератора 14 на третий вход аналого-цифрового преобразователя 22, преобразуется в цифровой код, который с учетом знака разностного сигнала ЛТ, поступающего на первый вход аналого-цифрового преобразователя 22, переключает частоты f,, f| в первом 15 и втором 16 формирователях частоты. Тким образом, диапазон изменения разностного сигнала ЛТ разбивается на (т-1) частей и на каждом отрезке этого диапазона первым 15 и вторым 16 формирователями частоты формируются разные частоты f ,, f и от f, до f 1п,5 и от f 2, до f ,„,

Таким образом, введение в устройство для регулирования частоты вращения дизель-генератора аналого-циф

10

15

77А318

рового преобразователя 22 приводит к формированию характеристики регулирования, которая позволяет уменьшить время переходного процесса по частоте вращения путем изменения частоты первого 15 и второго 16 формирователей частоты в зависимости от длительности разностного сигнала ЛТ.

Изменяется скорость заполнения импульсами частоты f,, fj, реверсивных счетчиков 1 и 2 и в конечном итоге осуществляется более эффективное воздействие на электрический исполнительный механизм топливоподачи дизеля.

0

5

0

5

0

0

5

При сигнале знака Т Вычитание (фиг, 4д) устройство для регулирования частоты вращения дизель- генератора работает аналогично указанному, за исключением того, что реверсивные счетчики 1 и 2 осуществляют операцию вычитания,

Введенный в схему цифроаналоговый преобразователь преобразует импульс записи двоичного кода (с выхода второго реверсивного счетчика через узел памяти) в аналоговый сигнал управления частотой вращения. Второй реверсивный счетчик вместе с первым реверсивным счетчиком позволяет реализовать пропорционально-интегральный закон регулирования частоты вращения дизель-генератора, первый формирователь частоты и первая логичес-- кая схема И, второй формирователь частоты и вторая логическая схема И позволяют сформировать число импульсов заполнения первого и второго реверсивных счетчиков, синхронизатор формирует импульс записи двоичного кода с выхода второго реверсивного счетчика в узел памяти, одновибра- тор и дополнительный узел памяти позволяют ввести мертвую зону с линейным сопряжением ветвей характеристики п f( Л Т), что приводит к устранению искажения и уменьшению времени переходного процесса по частоте вращения дизель-генератора. Аналого-цифровой преобразователь осуществляет более эффективное воздействие на электрический исполнительный механизм топливодачи дизеля, уменьшая время переходного процесса по частоте вращения при набросе и сбросе нагрузки на дизель-генератор, что в результате приводит к желаемо

мУ увеличению точности поддержания частоты вращения дизель-генератора.

Формула изобретения

0

5

0

5

0

5

0

5

выход первого формирователя частоты соединен с первым входом первой логической схемы И, выход второго формирователя частоты соединен с входом второй логической схемы И, выход первой логической схемы И соединен с вторым входом первого реверсивного счетчика, выход которого соединен с третьим входом второго реверсивного счетчика первый вход которого соединен с первым выходом узла сравнения, выход второй логической схемы И соединен с вторым входом второго реверсивного счетчика, четвертый вход которого соединен с вторым выходом синхронизатора, первый выход которого соединен с вторым входом узла памяти, первый вход которого соединен с выходом второго реверсивного счетчика, выход узла памяти соединен с входом цифроаналогового преобразователя, выход которого соединен с первым входом суммирующего усилителя, вход узла обратной связи соединен с выходом исполнительного электрического механизма, а выход формирователя прямоугольных импульсов соединен с дополнительным входом формирователя сигнала задания,

2,Устройство по пп, 1 и 2, отличающееся тем, что оно дополнительно снабжено одновибрато- ром с первым и вторым входами, дополнительным узлом памяти с первым

и вторым входами и первая и вторая логические схемы И снабжены третьим входом каждая, причем первьш вход одновибратора соединен с выходом генератора опорной частоты, второй i выход узла сравнения соединен с вторым входом дополнительного узла памяти и вторым входом одновибратй- ра, выход которого соединен с первым входом дополнительного узла памяти, выход которого соединен с третьим входом первой логической схемы И и третьим входом второй логической схемы И,

3,Устройство по пп, 1-3, отличающееся тем, что оно дополнительно снабжено аналого-цифровым преобразователем с первым, вторым и третьим входами, а первый и второй формирователи частоты снабжены дополнительным входом каждый, причем первьй вход аналого-цифрового преобразователя соединен с первым

n1377431

выходом узла сравнения, второй вход аналого-цифрового преобразователя соединен с вторым выходом узла сравнения, третий вход аналого-цифрового преобразователя соединен с выходом

12

генератора опорной частоты, а выход аналого-цифрового преобразователя соединен с дополнительными входами первого и второго формирователей частоты.

Фи2. Г

Фи.г

Фие. Ц