Способ регулирования скорости вращения двигателя внутреннего сгорания на испытательном стенде Советский патент 1981 года по МПК G01M15/00 

(54) СПОСОБ РЕГУЛИРОВАНИЯ ЧАСТОТЫ ВРАЩЕНИЯ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ НА ИСПЫТАТЕЛЬНОМ СТЕНДЕ . V . . . , Изобретение относится к средствам дня испытания двигателей внутреннего сгорания. Известны способы регулирования частоты вращения двигателя внутреннего сгорания на испытательном стенде, заключающиеся в том, что формируют cиVнaл отрицательной обратной связи по току возбуждения нагрузочного устройства и внешние задающие сигналы причем, последние - в виде сигнала отрицательной обратной связи по частоте вращения нагрузочного устройстйа который изменяют по пропорциональноинтегральному закону с постоянней времени, равной электромеханкческяй постоянной времени, Ь виде сигнала, положения топливодозирующего элемента который изменяют по закону форсирующего звена с постоянной времени, равной сумме постоянных времею цепи якорей и контура регулировагая тока возбуждения нагрузочного устройства, и в виде сигнала токов якорей нагрузочного устройства, который изменяют по нелинейному закону и воздействуют сигналами на исполнительный Ьрган по частоте вращения нагрузочного устройства и исполнительньй орган по нагрузке двигателя внутреннего сгорания. Ирк наличии рассогласования по скорости обеспечивается быстрое изменение тока якорей нагрузочного устройства и, следовательно, момента сопротивлеш1Я на валу испытуемого двигателя в направлении, вызывающем уменьшение рассогласования. Интегральное поведение контура обеспечивает высокую точность регулирования, так как переходнБ1й процесс продолжается до тех пор, пока рассогласование не обратится в нуль lJ. Однако эти способы не исчергалвают возможностей увеличенил быстродействия и повышения качества регулирования , поскольку предусматривается пропорциональное регулирование тока возбуждения электродвигателя, нагру- . - . . - - ,,- . зочного устройства внутренним контуром с компенсацией инерционности обмотки возбуждения путем соответств ющего выбора коэффициента передачи исполнительного органа, тогда как с точки зрения уменьшения динa :ичecких ошибок при моделировании быстропеременных режимов работы на стенде эксплуатационных режимов рйботы тран портного двигателя дальнейшее увеличение быстродействия системы, при бе зусловном сохранении или повышении качества регулирования, представляется желательным. Цель изобретения - повьшение быстродействия и качества регулирования . . Указанная цель достигается тем, что сигнал отрицательной обратной связи по току возбуждения нагрузочного устройства и внешние задающие сигналы суммируют, результирующий сигнал изменяют по нелинейному двух позиционному закону и подают на вход исполнительного органа по частоте, и полученным с его выхода сигналом через накопитель энергии воздейству ет на обмотку возбуждения нагрузочного устройства. На фиг.1 приведена схема системы регулирования скорости на фиг.2 закон регулирования тока возбуждения (нагрузочного устройства)j на фиг.Зизменение во времени тока в обмотке возбуждения при подаче на нее форсирующих сигналов различной величины: на фиг.4 - переходный процесс во внутреннем коцтуре регулирования при ступеньчатом задающем воздействии. Двигатель 1 внутреннего сгорания с топливодозирующим органом 2, соединенным с исполнительным органом 3 на грузки и датчиком 4 положения тоштиводозирующего органа, соединен с нагрузочным устройством 5, состоя щим из генератора 6 постоянного ток и электродвигателя 7, связанного с асинхронным генератором 8 Система регулирования двигателя содержит два контура. Первый (внут ренний) состоит из суммирующ го устройства 9, нелинейного преобразователя 10, исполнительного орга на 11 частоты вращения накотштеля 12 энергии, обмотки 13 возбуждения, электродвигателя 7 и датчика 14 тока возбуждения. Второй ( внешний) контур состоит из суммирующего устройства 15, измерителя 16 оборотов и блока 17, обеспечивающего пропорционально-интегральный закон регулирования. Кроме того, в систему регулирования оборотов входят датчик 18 тока якорей нагрузочного устройства 5, нелинейный преобразователь 19 и форсирующее звено 20. Способ регулирования осуществляется следующим образом. Сигналы отрицательной обратной связи по скорости с выхода суммирующего устройства 15, на вход которого подают сигналы задания и и измерителя 16, датчика 4, датчика 18, предварительно измененные блоком 17, звеном 20 и преобразователем 19, а также сигнал датчика I4 отрицательной обратной связи по току возбуждения электродвигателя 7, подают на вход суммирующего устройства 9 внутреннего контура регулирования. Сигнал суммы через нелинейный преобразоват.ель Ю, осуществляющий его изменение по нелинейному двухпозиционному закону9 вид которого представлен на фиг.2 (где: д1Ьотклонение тока возбуждения от задаваемой величины: сигнал с выхода нелинейного преобразователя lOj Afзона нечувствительности ), подают на вход исполнительного органа I1, а форсирующим сигналом с его выхода через накопитель 12 энергии воздействуют на обмотку 13 возбуждения. При этом необходимо обеспечить быстрое изменение тока в обмотке возбуждения как в сторону его увеличения, так сторону уменьшения Первое достигается подачей на обмотку возбуждения форсирующего сигнала UA, величина которого многократно превосходит величину сигнала, необходимого дпя возникновения- в обмотке возбуждения предельно допустимого тока. На фиг.З представлено изменение во времени тока ib в обмотке возбуждения при подаче на нее форсируюпдах сигналов U(j) , )2, Цф различной величины, причем Оф , при разомкнутом контуре регулирования. Поскольку постоянная времени обмотки возбуждения есть величина постоянная для данной машины, очевидно, что с ростом величинь форсирующего сигнала скорость нарастания тока в о обмотке возбуждения в рабочем диапазоне его изменения все более увеличивается, а закон его изменения во времени приближается к линейному. При снятии с обмотки возбуждения сигнала исполнительного органа обор тов под действием возникающей при этом ЭДС самоиндукции в ее цепи еще некоторое время протекает ток прежнего направления, что затягивает процесс деввзбуждения машины. Быстр затухание тока в обмотке возбуждени обеспечивается с помощью накопителя 12, например резисторно-емкостного, сигнал которого при девозбуждении машины, т.е. при снятии форсир5Ш)щег сигнала с выхода исполйительного ор гана частоты, оказывается встречным по отношению к возникающей при этом на зажимах обмотки возбуждения ЭДС самоиндукции (иначе говоря их полярность противоположна). При этом происходит быстрый отсо в накопитель энергии, заключенной . в магнитном поле обмотки возбуждения, и если текущее значение энергии, аккумулированной накопителем, примерно равно текущему значению . энергии, аккумулированной обмоткой возбуждения, ток последней быстро затухает, причем без смены направления, т.е. без заброса при полном девозбуждении, а накопитель практи чески полностью разряжается. Однако, учитывая, что в данном случае полное девозбуждение электро мотора невозможно, так как существует ограничение по току якорей нагрузочного устройства, параметры Iнакопителя могут быть несколько эанижень, поскольку заброс тока сказывается на качестве регулирования только при полном девозбуждении маш ны, а скорость девозбуждения нескол ко возрастает. В реализованном регуляторе тока возбуждения полное девозбуждение машины постоянного тока мощностью 100 кВт с применением накопителя энергии происходит за 0,35 с, ас применением обратного даюда - за 2,2 с. Вид переходного процесса в конту ре при ступенчатом задающем воздействии представлен на фиг.4. Очевидно, что в данном случае отработка рассогласования по току возбуждею1Я происходит с практически неизменной и максимальной скоростью независимо от его.величины. При этом текущее значение токавозбуждения колеблетс ОКОЛО задаваемого с частотой несколько десятков Гц, а размах этих коле- . баний определяется величиной зоны нечувствительности. Оптимальной величиной зоны нечувствительности следует считать ее минимально возможную с точки зрения технической реализации величину. Величину форсирующего сигнала выбирают из соображений обеспечения одинаковой скорости изменения тока возбуждения при его изменении как в сторону увеличения, так и в сторону уменьшения, хотя выполнение этого условия необязательно. Частота возникающих во внутреннем контуре колебаний лежит далеко за пределами полосы пропускания внешнего контура регулирования, так как система испытуе1фш двигательгенератор обладает относительно большой механической постоянной времени. Таким образом, этот процесс не влияет на величину момента сопротивления, развиваемого генератором нагрузочного устр ойства. Кроме того, Перерегулирование по средней величине тока возбуждения, а именно эта величина определяет регулирующее воздействие во внешнем контуре регулирования , полностью отсутствует. Эффект от использования предлагаемого способа в прогфшленности выражается в возможности улучшения динамических показателей стендового оборудования, предназначенного для регулирования скорости испытуемого ДВС, что существенно увеличивает точность воспроизведения задавае1«лх режимов, а это, в свою очередь, повышает качество испытаний и приводит в конечном счете к сокращению их объема. Формула изобретения Способ регулирования частоты вра- . ще1шя двигателя внутреннего сгорания на испытательном стенде, заключаюв ся в том, что форьируют сигнал отрицаталБной обратной связи по току возбузкдения нагрузочного устройства внешние заданяцие сигналы, причем, последние - в виде сигнала отрицательной обратной связи по частоте вращения нагрузочного устройства, который зменяют по пропорционально-интегральому закону с постоянной времени, авной электромеханической постояной времени, сигнала положения топлиодозирующего элемента, который из- меняют по закону форсирующего звена с постоянной времени, равной сумме постоянных времени цепи якорей и контура регулирования тока возбуждения нагрузочного устройства и сигнала токов якорей нагрузочного устройства, который изменяют по нелиней ному закону, и воздействуют сигналам на исполнительный орган почастоте вращения нагрузочного устройства и исполнительный орган по нагрузке двигателя внутреннего сгорания, о т личающийся тем, что, с целью повьппения быстродействия и качества регулирования, сигнал отрицательной обратной связи по току возбуждения нагрузочного устройства и внешние задающие сигналы суммируют, результируюпщй сигнал изменяют по нелинейному двухпозиционному закону и подают на вход исполнительного органа по частоте и полученным с его выхода сигналом через накопитель энергии воздействуют на обмотку возбуждения нагрузочного устройства. Источники информации, принятые во внимание при зкспертизе 1. Авторское свидетельство СССР № 486138, кл. G 01 М 15/00, 1972.

%с

iM WVMWW /VM

UAMMMMM

MVMtWW