Способ регулирования нагрузки двигателя внутреннего сгорания на испытательном стенде

ОП ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз СоветскииСоциалистическихРеспублик пц 985731(22) Заявлено 02,03 81 (21) 3297330/25-06 6 01 М 15/00 6 05 О 17/02 с присоединением заявки И 3 Ъсударстваниый комитет СССР ао делам изобретений н открытийl Вата опубликования описания 30,12.82(54) СПОСОБ РЕГУЛИРОВАНИЯ НАГРУЗКИ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ НА ИСПЫТАТЕЛЬНОМ СТЕНДЕИзобретениеным способам относится к автоматизирован-испьггания ДВС на неустано-.мах,ившихся режи ли Известны способы регулирования нагрузки ДВС на испытательном стенде путем соединения вала двигателя с электрогенератором, а обмотки генератора с неизменным ак.тинным сопротивлением, измерения напря. жения на зажимах активного сопротивления,измерения частоты вращения вала двигателя,формирования и подачи сигнала отрицательной обратной связи в обмотку электрогенератора 1),В качестве электрогенератора при этомиспользуется генератор постоянного тока(ЭПТ) общепромьппленного исполнения ив контур регулирования оказываются включенными маховые массы вращающихся узловЭПТ в совокупности с элементами пепи связи ееякоря с коленчатым валом испытуемого дви.гателя. Вследствие этого удовлетворительноебыстродействие при высоком качестве регурования может быть достигнуто лишь при якорном регулирующем воздействии (цепьякоря практически безынерционна), напримерс использованием широтно-импульсной моду.лицин, Улучшение указанного показателя вэтом случае связано с недопустимым увеличением колебательности регулирования, т,е,со снижением его качества. Кроме того, осу.ществленне якорного регулирующего воздействия нельзя признать рациональным, таккак уже при средних мощностях испытуемыхдвигателей токи якорей соответствующихЭПТ измеряются сотнями и тысячами ампер,что усложняет регулирующе- преобразующееоборудование. При полюсном же регулирующем воздействии (током возбуждения) ипри отсутствии специальных мер быстродействие системы, как правило, совершенно недостаточно для реализации неустановившихсярежимов работы транспортных и некоторыхдругих двигателей, поскольку шунтовые илинезависимые обмотки возбуждения ЭПТ об.щепромышленного исполнения вьпюлняютсязначительным числом витков проводникаотносительно малого сечения (слаботочных), 98573150 т.е. быстродействие известного способа и ка. чество регулирования нагрузки недостаточны, .Цель изобретения - повышение быстродей. ствия и качества регулирования нагрузки ДВС.Для достижения указанной цели в способе 5 регулирования нагрузки двигателя внутреннего сгорания на испытательном стенде путем сое. динения вала двигателя с электрогенератором, а обмотки генератора - с неизменным активным сопротивлением, измерения напряжения 0 на зажимах активного сопротивления, изме. рения частоты вращения вала двигателя, фор мирования и подачи сигнала отрицательной обратной связи в обмотку электрогенератора, сигнал отрицательной обратной связи формируют посредством нелинейного преобразования результатов измерения частоты вращения и напряжения.На фиг. 1 приведена схема системы, реализующей предлагаемый способ регулирования 20 нагрузки дизеля на испытательном стенде; на фиг. 2 - фрагмент процесса обработки реальной системы регулирования случайного программного сигнала.В системе (фиг. 1), реализующей предлагае мый способ, контур регулирования состоит из следующих элементов и устройств: ЭПТ 1 общепромышленного исполнения (регулируемый объект), активного сопротивления 2 нагрузки; специализированного вычислителя 3, демо- З 0 дулятора 4, датчика 5 частоты вращения, элемента 6 сравнения, исполнительного устройства 7, обмотки 8 возбуждения. Датчик 5 подключен к валу испытываемого двигателя 9,Система работает следующим образом.Двигатель 9 сочленен с электрогенератором 1 постоянного тока (ЭПТ), цепь якоря которого соединена с неизменным активным сопро. тивлением 2, Специализированный вычислитель 3 (аналоговый или достаточно быстродейст. вующий цифровой) на основании информа. ции о текущем значении напряжения Ч на зажимах активного сопротивления 2, а также о частоте и вращения коленчатого вала испытуемого двигателя, поступающего через демо дулятор 4 с магнитоимпульсного или иного датчика 5 частоты вращения, формирует сигнал отрицательной обратной связи, пропорциональный текущему значению электромагнит. ного момента Мэ сопротивлению ЭПТ или поглощаемой цепью якоря мощности йэ (второй режим необходим при испытаниях транспортных двигателей), При этом осущест вляется коррекция указанного сигнала с целью компенсации влияния маховых масс ЭПТ, а также учета механических потерь, имеющих место в ее подвижных узлах, Сигнал с выхода вычислителя 3 поступает на один иэ входов элемента 6 сравнения, в то время на другой его вход подается програм. мный сигнал (Мп или Нп), Полученный таким образом сигнал рассогласования ( ДМ или Ю) поступает на вход исполнительного устройства 7, которое воздействует на обмотку 8 возбуждения ЭПТ так, чтобы вызвать форсированное изменение величины Ч в направлении, обеспечивающем ликвидацию рассогласования.Предлагаемый способ регулирования позволяет учесть потери холостого хода ЭПТ. Эти потери слагаются из магнитных потерь, а также механических потерь, обусловленных наличием трения в узлах машины, Как магнитные, так и механические потери зависят от скорости вращения якоря, Кроме того, магнитные потери зависят еще от величины магнитного потока возбуждения, который при полюсном регулирующем воздействии является переменной величиной, В современных ЭПТ зти потери незначительны и их влиянием представляется возможным пренебречь, Таким образом, потери холостого хода ЭПТ определяются главным образом механическим трением в ее подвижных узлах.Если закон изменения мощности трения имеет нелинейный характер, т.е. если МтКп или соответственно Й тВ, то в цепи отрицательной обратной связи необходимо реализовать следующие функции:чА КОи АЧ + Впггде К, В - константы коррекции соответственно величины электромагнитного момента сопротивления ЭПТ и поглощаемой цепьюякоря мощности, Аи А 2 - постоянные,и - частоты вращения.Следует отметить, что при необходимостикоррекция сигнала обратной связи по потерям холостого хода может осуществлятьсяи в соответствии со значительно более слож.ными законами. Кроме того, в данном случае необходимо осуществлять еще одну дополнительную частотную коррекцию этого сигнала с целью компенсации влияния моментаинерции вращающихся масс ЭПТ,Экспериментальное исследование этой системы показало, что в диапазоне частот программного сигнала О - 1,0 Гц при предусмотренной степени интенсификации переходных про.цессов в цепи возбуждения ЭПТ системы регулирования полностью инвариантна относительно частотного возмущения со стороны испытуемого двигателя и представляет собой прак.тически безынерционный канал проводимости.5 9857 Процесс отработки проиллюстрирован на фиг, 2, где кривая А представляет собой фрагмент отработки описываемой системой, показанного в виде кривой Б случайного программного сигнала (кривые А и Б искусственно з раздвинуты). Здесь изменение частоты враще. ния (кривая В) испытуемого двигателя вызвано случайным воздействием на регулятор скорости последнего, которые осуществлялось. в диапазоне частот 0 - 0,7 Гц. с помощью 30с соответствующей следящеи системы, а также функционированием собственно регулятора скорости.Предлагаемый способ, как показывает опыт, обеспечивает весьма высокие показатели ка- З чества процесса регулирования, так как позволяют установить практически однозначную связь между напряжением на зажимах нагрузочного сопротивления (зажимах внутренней цепи ЭПТ) и поглощаемой цепью якоря мощ. п ностью, а при соответствующем использовании информации о текущей частоте вращения коленчатого .вала двигателя и электромагнитным моментом сопротивления ЭПТ; кроме того, избавиться от перерегулирования; т.е. рз радикально повысить качество регулирования при высоком быстродействии и абсолютной устойчивости системы регулирования, так как ее свойства практически полностью опЗ 1 4 ределяются динамическимй показателями цепй возбуждения ЭПТ (цепь якоря и прочие зле. менты и устройства регулирующего контура практически беэынерционны) . формула изобретения Способ регулирования нагрузки двигателя внутреннего сгорания на испытательном стенде путем соединения вала двигателя с электрогенератором, а обмотки электрогенератора с неизменным активным сойротивлением, .измерения напряжения на зажимах активного сопротивления, измерения частоты вращения вала двигателя, формирования и подачи сигнала отрицательной обратной связи в обмотку электрогенератора, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повьппения быстродействия и качества регулирования, сигнал отрицательной обратной связи формируют посредством нелинейного преобразования результатов измерений частоты вращения и напряжения.Истощщки информациипринятые во внимание при экспертизе 1, Стефановский Б. С, и др. Испытание двигателей внутреннего сгорания. М., "Машино. строение", 1972, с. 368.