Способ регулирования скорости вращения двигателя внутреннего сгорания на испытательном стенде

 

O A H C A H R K „„873008

ИЗОБРЕТЕНИЯ

Союз Советски к

Социалистических

Республик

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (53)М. Кл. (22)Заявлено 05.10.79 (21) 2825097/25-pg с присоединением заявки М— (23) Приоритет — .

G 0l И 15/00 фЬеударстванный кеинтвт

СССР вю данаи нэебретеннй н етнрыткй

Опубликовано 15.10.81 ° Бюллетень М 38 (53) Л 6?1.43. .001.5

{08&.8) Дата опубликования описания 17 ° 10 81 (72) Автор изобретения

Н.Н, Простотнн

Центральный научно-исследовательский дизельный институт (71) Заявитель (54) СПОСОБ РЕГУЛИРОВАНИЯ ЧАСТОТЫ ВРАЩЕНИЯ

ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ

НА ИСПЫТАТЕЛЬНОМ СТЕНДЕ

Изобретение относится к средствам» дпя испытания двигателей внутреннего: сгорания.

Известны способы регулирования частоты вращения двигателя внутреннего сгорания на. испытательном стенде, заключающиеся в том, что формируют сигнал отрицательной обратной связи по току возбуждения нагрузочного устройства и внешние задающие сигналы, причем, последние — в виде сигнапа

Фв отрицательной обратной связи по частоте вращения нагрузочного устройства, который изменяют по пропорционально- интегральному закону с постоянной

1$ времени, равной электромеханической постоянной времени, Ь виде сигнала, положения топливодоэирующего элемента, который изменяют по закону "форсирующего звена" с постоянной времени, равной сумме постоянных времени цепи якорей и контура регулирования тока возбуждения нагрузочного устройства, и в виде сигнала токов якорей нагруэочного устройства, который изменяют по нелинейному закону и воздействуют сигналами на исполнительный орган но частоте вращения нагрузочного устройства и исполнительный орган по нагрузке двигателя внутреннего сгорания. При наличии рассогласования по скорости обеспечивается быстрое изменение тока якорей нагруэочного устройства и, следовательно, момента сопротивления на валу испытуемого двигателя в направлении, вызывающем уменьшение рассогласования. Интегральное поведение контура обеспечивает высо кую точность регулирования, так как переходный процесс. продолжается до тех пор, пока рассогласование ие обратится в нуль (1).

Однако эти способы не исчерпывают возможностей увеличения быстродействия и повышения качества регулирования, поскольку предусматривается пропорциональное регулирование тока возбуждения электродвигателя, нагру873008

50 эочного устройства внутренним контуром с компенсацией инерционности обмотки возбуждения путем соответствующего выбора коэффициента передачи исполнительного органа, тогда как с точки зрения уменьшения динамических ошибок при моделировании быстропеременных режимов работы на стенде эксплуатационных .режимов работы транспортного двигателя дальнейшее увели- >0 чение быстродействия системы, при безусловном сохранении или повьппении качества регулирования, представляется желательным.

Цель изобретения — повьппение быстродействия.и качества пегулирования.

Указанная цель достигается тем, что сигнал отрицательной обратной связи по току возбуждения нагрузочного устройства и внешние задающие сигналы суммируют, результирующий сигнал изменяют по нелинейному двухпозиционному закону и подают на вход исполнительного органа по частоте. и полученным с его выхода сигналом через накопитель энергии воздействует на обмотку возбуждения нагрузочного устройства.

На фиг.1 приведена схема системы регулирования скорости на фиг.2— закон регулирования тока возбуждения (нагрузочного устройства) на фиг.3изменение во времени тока в обмотке возбуждения при подаче иа нее форсирующих сигналов различной величины на фиг.4 — переходный процесс во внутреннем контуре регулирования при ступеньчатом задающем воздейст40 вии.

Двигатель 1 внутреннего сгорания с топливодозирующим органом 2, соединенным с исполнительным органом

3 нагрузки .и датчиком 4 положения топливодозирующего органа, соединен

45 с нагруэочным устройством 5, состоящим иэ генератора б постоянного тока и электродвигателя 7, связанного с асинхронным генератором 8.

Система регулирования двигателя содержит два контура. Первый (внутренний) ксутур состоит иэ суммирующего устройства 9, нелинейного преобразователя 10, исполнительного орга« на 11 частоты вращения накопителя 55

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 зада ния О „ и измерителя 16, датчика 4, датчика 18, предварительно измененные блоком 17, звеном 20 и преобразователем 19, а также сигнал датчика

14 отрицательной обратной связи по току возбуждения электродвигателя

7, подают на вход суммирующего устройства 9 внутреннего контура регулирования. Сигнал суммы через нелинейный преобразователь 10, осуществляющий его изменение по нелинейному двухпозиционному закону вид которого представлен на фиг.2 (где: b.iЬотклонение тока возбуждения от эадава" емой величины U> — сигнал с выхода нелинейного преобразователя 10; 2А4— эона нечувствительности ), подают на вход исполнительного органа 11, 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 и в сторону уменьшения. Первое достигается подачей на обмотку возбуждения форсирующего сигнала 0ф, величина которого многократно превосходит величину сигнала, необходимого для возникновения в обмотке возбуждения предельно допустимого тока.

На фиг.3 представлено изменение во времени тока ib в обмотке возбуждения при подаче на нее форсирующих сигналов Оф4, U, 0фэ различной величины, причем 0ф c U прй

4 разомкнутом контуре регулирования.

Поскольку постоянная времени обмотки возбуждения есть величина постоянная для данной машины, очевидно, что с ростом величины форсирующего сигнала скорость нарастания тока во обмотке возбуждения в рабочем дианазоне его изменения все более увеличи873008 вается, а закон его изменения во времени приближается к линейному.

При снятии с обмотки возбуждения сигнала исполнительного органа оборотов под действием возникающей при этом ЭДС самоиндукции в ее цепи еще некоторое время протекает ток прежнего направления, что затягивает процесс девэзбуждения машины. Быстрое затухание тока в, обмотке возбуждения обеспечивается с помощью накопителя

12, например резисторно-емкостного, сигнал которого при девозбуждении машины, т.е. при снятии форсирующего сигнала с выхода исполйительного органа частоты, оказывается встречным по отчошению к возникающей при этом на зажимах обмотки возбуждения ЭДС самоиндукции (иначе говоря,"их полярность противоположна).

При этом происходит быстрый отсос 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 практически полностью разряжается.

Однако, учитывая, что в данном случае полное девозбуждение электромотора невозможно, так как существует ограничение по току якорей нагрузочного устройства, параметры ,накопителя могут быть несколько за нижены, .поскольку заброс тока сказывается на качестве регулирования только при полном девозбуждении машины, а скорость девозбуждения несколько возрастает.

В реализованном регуляторе тока возбуждения полное девозбуждение машины постоянного тока мощностью

100 кВт с применением накопителя энергии происходит за 0,35 с, а с применением обратного диода - за

2,2 с.

Вид переходного процесса s контуре при ступенчатом задающем воздействии представлен на фнг.4. Очевидно,- что в данном случае отработка рассогласования по току возбуждения происходит с практически неизменной и максимальной скоростью независимо от его.величины. При этом текущее значение тока возбуждения колеблется около задаваемого с частотой несколько десятков Гц, а размах этих колебаний определяется величиной зоны нечувствительности. Оптимальной величиной зоны нечувствительности следует считать ее минимально возможную с точки зрения технической реализации величину.

Величину форсирующего сигнапа выбирают иэ соображений обеспече5

10 ния одинаковой скорости изменения тока возбуждения при его изменении как в сторону увеличения, так и в сторону уменьшения, хотя выполнение этого условия необязательно.

Частота возникаюпр х во внутреннем контуре колебаний лежит далеко за пределами полосы нропускания внешнего контура регулирования, так

20 как система "испытуемый двигательгенератор" обладает относительно большой механической постоянной времени. Таким образом, этот процесс не влияет на величину момента сопротивления, развиваемого генератором нагрузочного устройства. Кроме того, Леререгулирование по средней величине тока возбуждения, а именно эта величина определяет регулирующее воздействие во внешнем контуре регулирования, полностью отсутствует.

Эффект от использования предлагаемого способа в промышпенности выра- жается в возможности улучшения динамических показателей стендового оборудования, предназначенного для регулирования скорости испытуемого ДВС, что существенно увеличивает точность воспроизведения задаваемых режимов, а это, в свою очередь, повышает качество испытаний и приводит в конечном счете к сокращению нх объема.

35

Формула изобретения водозирующего элемента, который нэСпособ регулирования частоты вращения двигателя внутреннего сгорания на испытательном стенде, заключающийся в том, что форья4руют сигнал отрицательной обратной связи по току возбуждения нагрузочного устройства и внешние задающие сигналы, причем, последние - в виде сигнала отрицательной обратной связи по частоте вращения нагрузочного устройства, который

55 изменяют по . пропорционально-интегральному закону с постоянной времени, равной электромеханической постоянной времени, сигнала положения топли873008 8 тельной обратной связи по току возбуждения нагрузочного устройства и внешние задающие сигналы суммируют, результирующий сигнал измеряют по нелинейному двухпозиционному закону и подают на вход исполнительного органа по частоте и полученным с его выхода сигналом через накопитель энергии воздействуют на обмотку воз"

10 буждения нагрузочного устройства.

7 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 сигналами на исполнительный орган по частоте вращения нагрузочного устройства и исполнительный орган по нагрузке двигателя внутреннего сгорания, о тл и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения быстродействия и качества регулирования, сигнал отрицаИсточники информации, принятые во внимание при экспертизе

l. Авторское свидетельство СССР

Ф 486138, кл, G 01 М 15/00, 1972.

873008

Составитель Н. Патрахальцев

Редамтор И. Касарда Техред M.Ðåéâåñ Корректор Г.Назарова

Заказ 9015 б3 . Тираа 910 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП Патент, r. Ужгород, ул. Проектная., 4