Устройство для регулирования частоты вращения дизель- генератора

 

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 одновибратор 21 и узел 20 памяти, аналогоцифровой 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

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)4 Е 02 D 29 06

ВПСЖРЗР 4 Я В" Ц

1 I

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Рие, д

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3951853/25-06 (22) 12.09.85 (46) 29.02,88. Бюл. № 8 (71) Научно-исследовательский, проектно-конструкторский и технологический институт комплектного электропривода (72) В.JI. Щербаков, А.П. Тесленок, Б.M. Жулковский и В.В. Братеньков (53) 621.43-545(088 ° 8) (56) Авторское свидетельство СССР

¹ 1096388, кл. Р 02 D 29/06, 1984. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГУЛИРОВАНИЯ

ЧАСТОТЫ ВРАЩЕНИЯ ДИЗЕЛЬ-ГЕНЕРАТОРА (57) Изобретение относится к машиностроению и позволяет повысить точность поддержания частоты вращения дизель-генератора..Устр-во содержит реверсивные счетчики 1,2, узел 3 памяти, цифроаналоговый преобразователь 4, суммирующий усилитель 5, усилитель 6 мощности, электрический исполнительный механизм 7, дизель 8, генератор 9, формирователь 10 прямоугольных импульсов, формирователь

11 сигнала задания, узел 12 сравнения, генератор 13 опорной частоты, SU 1377431 А 1 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 одновибратор 21 и узел 20 памяти, аналогоцифровой преобразователь 22. Послецний преобразует импульс записи двоичного кода в аналоговый сигнал управления частоты вращения. 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 часто- С4 те вращения дизель-генератора. 2 s.n. ф-лы, 4 ил.

1377431

Изобретение относится к машиностроению, в частности к двигателестроению, а именно к устройствам для регулирования частоты вращения ди5 зель-генераторов.

Цель изобретения — повышение точности поддержания частоты вращения дизель-генератора.

На фиг. 1 представлена функциональная схема предлагаемого устройства по п. 1, формулы изобретения; на фиг. 2 — то же, по пп. 1 и 2, на фиг. 3 — то же, по пп, 1-3, на фиг. 4 — графическое изображение работы устройства, Устройство для регулирования частоты вращения дизель-генератора (фиг. 1) содержит последовательно соединенные между собой первый ревер- 20 сивный счетчик 1, второй реверсивный счетчик 2, узел 3 памяти, цифроаналоговый преобразователь 4, суммирующий усилитель 5, усилитель 6 мощности, электрический исполнительный 25 механизм 7, дизель 8, генератор 9, формирователь 10 прямоугольных им-. пульсов, 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 формирова35 теля 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

45 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. 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 синхронизатора 14 подключен к второму входу узла 3 памяти, второй выход — к четвертому входу второго реверсивного счетчика 2. Выход формирователя 11 сигнала задания соединен с первым входом узла 12 сравнения. Для введеl ния мертвой зоны в регулировочные характеристики устройства можно ввести дополнительный узел памяти 20 и одновибратор 21 (фиг. 2).

Введение в указанную схему со. всеми связями аналого-цифрового 22 преобразователя позволяет осуществить более эффективное воздействие на электрический исполнительный механизм топливоподачи дизеля. Уменьшается время переходного процесса по частоте вращения при набросе и сбросе 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 выходами узла 12 сравнения, третий вход— с выходом генератора 13 опорной частоты, а выход, — 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) прямоугольных импульсов преобразуется в прямоугольный сигнал с частотой в два раза меньшей входной и длительностью равной Т (фиг. 4б), Этот сигнал поступает на дополнительный вход формирователя 11 (фиг. 1) сигнала задания и на второй вход узла

12 (фиг. 1) сравнения.

Передним фронтом прямоугольного сигнала Tö запускается формирователь

11 сигнала задания, который формирует сигнал задания определенной длительности Т > (фиг. 4в). Длительность сигнала задания Т определяется количеством импульсов, поступающих на первый вход формирователя 11 сигнала задания от генератора 13 опорной частоты. Узлом 12 сравнения

1377431 е

f,лТ at и

1=1. п и

45

t(T и =. Г: Е, 4Т, Е, aT at и

Т

И

55 f,-лТ и =) — — — + aTf

Т выделяется разностный сигнал длитель ностью дТ = (Т„-Т ) (фиг. 4r), вЫделяется знак разности и устраняется ложный разностный сигнал, воз5 никающии вследствие задержки появления переднего фронта сигнала задания Т, относительно прямоугольного сигнала Т„. Выполняется следующая логическая операция aT = Т и хТ, + Т„ Т . Знак 4Т определяется:

Т„ Т вЂ” сложение, T „ Т вЂ” вычитание.

Ложный разностный сигнал устраняется введением задержки на появление прямоугольного сигнала Т„ в логической операции Т„ Т,.

Сформированный узлом 12 сравнения раэностный сигнал длительностью a T подается на второй вход первой логической схемы И 17, на первый вход которой поступают импульсы определенной частоты f и скважностью сформированные первым формирователем

15 частоты из поступающих в него импульсов частоты f « опорного генератора 13 таким образом, чтобы длительность 1/А,f„ oñòàâàëàñü постоянной при изменении частоты f„, С выхода первой логической схемы

И 17 разностный сигнал длительностью

aT 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 aТ (фиг. 4д), При Т „ > Т формируется сигнал знака "Сложение" (фиг. 4д).

Первым реверсивным счетчиком 1 осуществляется суммирование импульсов частоты f, с предыдущим значением, запомненным в первом реверсивном счетчике 1. где t — - текущее время.

Учитывая, что среднее значение 50 (математическое ожидание) количества импульсов на произвольный промежуток времени равно количество импульсов на выходе первого реверсивного счетчика 1, поступающего на третий вход второго реверсивного счетчика 2,. ранна что соответствует интегралу при ь — О.

Сформированный узлом 12 сравнения разностный сигнал длительности а Т также подается на второй вход второй логической схемы И 18, на первый нход которой подаются импульсы определенной частоты f и скнажности,, сформированные вторым формирователем 16 (фиг. 1) частоты иэ поступающих в него импульсов частоты f „ генератора 13 опорной часто-. ты таким образом, чтобы длительность

1/ S, f,оставалась постоянной при изменении частоты fq.

С выхода второй логической. схемы

И 18 разностный сигнал длительности

aТ, 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 4 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 n = f, aT к количеству импульсон, записанному во второй реверсивный счетчик 2, с выхода первого реверсивного счетчика 1 на третий вход второго реверсивного счетчика

2 один раэ за период прямоугольных сигналов Т„ (фиг. 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

1377431

Учитывая, что

И 3

З f f

f -f af

Ц т и з и з то

fq

dt +

f „ f

Таким образом реализуется пропорционально-интегральный закон регулиро15 вания частоты вращения дизель-гене ратора.

На первый вход синхронизатора 14 . (фиг. 1) поступает раэностный сигнал

aT (фиг, 4г), а на второй вход— импульсы частоты f,„ îïîðíîãî генератора 13 (фиг. 4е)., В момент формирования заднего фронта раэностного сигнала aT (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. 30

Напряжение с выхода цифроаналогового преобразователя 4, пропорциональ. ное двоичному коду, поступающему на его вход, подается на вход суммирующего 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 мощнос-! ти и подается на обмотку электрического исполнительного механизма 7, который увеличивает подачу топлива в дизель. Возрастает частота вращения дизель-генератора, разностный

45 сигнал aT стремится к нулю, и точность поддержания частоты вращения дизель-генератора повышается. Узел

19 обратной связи служит для стабилизации положения органа топливоподачи и повышения быстродействия электрического исполнительного механизма 7 °

При сигнале знака а Т "Вычитание" (фиг, 4д) устройство для регу- 55 лирования частоты вращения дизельгенератора работает аналогично укаэанному, за исключением того,.что первый реверсивный счетчик 1 и второй реверсивный счетчик 2 осуществляют операцию вычитания, При раэностном сигнале aT, 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 одновибратора 21 и дополнительного узла

20 памяти, Формирование зоны нечувствительности осуществляется следующим образом.

При поступлении разностного сигнала aТ на второй вход одновибратора 21 последний запускается и фор =. мирует сигнал длительностью лТэ как сумму ш — количества импульсов частоты опорного генератора 13 поступающих на первый вход одновибратора 21, При переходе сигнала длительностью Т с уровня "1" в уровень "0" на первом входе дополнительного узла 20 памяти последним контролируется наличие разностного сигнала aT.

При разностном сигнале aT большем сигнала длительности Т 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„, от первого 15 и второго 1б формирователей частоты через логические схемы И 17 и 18 и запоминается дополнительным узлом 20 памяти.

При следующем поступлении раэностного сигнала aT если условие

BT aT сохраняется, состояние дополнительного узла 20 памяти подтверждается (не изменяется).

Если разностный сигнал 4Т становится меньше . йТ, в узел 20 дополнительной памяти заносится сигнал

"0", который поступает на третьи входы логических схем И 17 и 18

1377431 (фиг. 2) и осуществляет запрет прохождению импульсов частоты Г,, f: от первого 15 и второго 16 формирователей частоты на реверсивные счет5 чики 1 и 2, тем самым вводится зона нечувствительности и уме.ньшается 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 4 Т Вычитание" (фиг. 4д) устройство регулирования частоты вращения дизель †генератора работает аналогично указанному, за исключением того, что реверсивные счетчики 1 и 2 осуществляют операцию "Вычитание", 20

Для уменьшения времени переходного процесса по часто:.е вращения дизель-генератора при набросе и сбро— се нагрузки дополнительно в устройство для регулирования частоты вращения дизель-генератора вводится аналого-цифровой преобразователь 22 (фиг. 3). Аналого-цифровым npeo6pa- зователем 22, первь|м 15 и вторым

16 формирователями частоты формируется характеристика зависимости количества импульсов, заполняющих разностный сигнал ЛТ при его изменении в зависимости от знака путем изменения частоты f.„, При поступлении на второй вход аналого-цифрового преобразователя разностного сигнала .1Т последний запускается. Длительность разностного сигнала DT с помощью частоты, по40 ступающей с опорного генератора 14 на третий вход аналого-цифрового преобразователя 22, преобразуется в цифровой код, который с учетом знака разностного сигнала DT посту45 пающего на первый вход аналого-цифрового преобразователя 22, переключает частоты f,, f в первом 15 и втором 16 формирователях частоты. Таким образом, диагазон изменения разностного сигнала. dT разбивается на (ш-1) частей и на каждом отрезке этого диапазона первым 15 и вторым

16 формирователями частоты формируются разные частоты f., f и от до f1rns и от Г, до Й

Таким образом, введение в устройство для регулирования частоты вращения дизель-генератора аналого-цифрового 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 л Т.

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

При сигнале знака 4Т "Вычитание" (фиг. 4д) устройство для регулирования частоты вращения дизельгенератора работае- 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, одновибратор и дополнительный узел памяти позволяют ввести мертвую зону с линейным сопряжением ветвей характеристики n = f(4Т), 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 желаемо1377431 му увеличению точности поддержания частоты вращения дизель-генератора. изобретения

Формула

1. Устройство для регулирования частоты вращения дизель-генератора, содержащее дизель, генератор, соединенный с валом дизеля, исполнительный электрический механизм, воздей- 10 ствующий на регулятор топливной подачи дизеля, усилитель мощности, выход которого соединен с входом исполнительного электрического механизма, суммирующий усилитель с первым 15 и вторым входами, выход которого соединен с входом усилителя мощности, .узел обратной связи, выход которого соединен с вторым входом суммирующего усилителя, формирователь пря- 20 моугольных импульсов, вход которого соединен с выходом генератора, узел сравнения с первым и вторым входами, второй вход которого соединен с выходом формирователя прямоугольных 25 импульсов, формирователь сигнала задания с основным.и дополнительным входами, выход которого соединен с первым входом узла сравнения, генератор опорной частоты, выход которо- 30 го соединен с основным входом формирователя сигнала задания, первый реверсивный счетчик с первым и вторым входами, первый вход которого соединен с первым выходом узла сравнения, и узел памяти с первым и вторым входами, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности поддержания частоты вращения дизельгенератора, оно дополнительно снаб- 40 жено цифроаналоговым преобразователем, вторым реверсивным счетчиком с первым, вторым, третьим и четвертым входами, первым формирователем частоты, вторым формирователем частоты, 45 первой логической схемой И с первым . и вторым входами, второй логической схемой И с первым и вторым входами, синхронизатором с первым и вторым входами и первым и вторым выходами, причем выход генератора опорной частоты соединен с входом первого формирователя частоты, с входом второго формирователя частоты и с вторым входом синхронизатора, первый вход которого соединен с вторым выходом узла сравнения, с вторым входом первой логической схемы И и с вторым входом второй логической схемы И, . 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 соеди-. нен с выходом исполнительного электрического механизма, а выход формирователя прямоугольных импульсов соединен с дополнительным входом формирователя сигнала задания.

2. Устройство по пп. 1 и 2, о тл и ч а ю щ е е с я тем, что оно дополнительно снабжено одновибратором 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 первый вход одновибратора соединен с выходом генератора опорной частоты, второй выход узла сравнения соединен с вторым входом дополнительного узла памяти и вторым входом одновибратора, 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, о т— л и ч а ю щ е е с я тем, что оно дополнительно снабжено аналого-цифровым преобразователем с первым, вторым и третьим входами, а первый и второй формирователи частоты снабжены доп,волнительным входом каждый, причем первый вход аналого-цифрового преобразователя соединен с первым

12

1)

1377431 выходом узла сравнения, второй вход аналого-цифрового преобразователя соединен с вторым выходом узла сравнения, третий вход аналого-цифрового преобразователя соединен с выходом генератора опорной частоты, а выход аналого-цифрового преобразователя соединен с дополнительными входами первого и второго формирователей частоты.

1377431

Составитель П.Филиппов

Техред А.Кравчук Корректор М.Пожо

Редактор С.Лисина

Тираж 505 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Заказ 850/24

Производственно-полиграфическое предприятие, г, Ужгород, ул. Проектная, 4