Способ регулирования скорости вращения двигателя внутреннего сгорания на испытательном стенде

Оп ИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ н 87300 Ссиоз СоввтскнкСоциалистическихРеспублик(23) Приоритет -6 О И 15/00 Ьеударстваеы кеиктвт СССР вю делам иэебретенн и еткрыткй(5 ЗУМК 6 43 .001,5 (088 8) Дата опубликования описания 17. 10. 81(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 сигнапатв отрицательной обратной связи по частоте вращения нагрузочного устройства, который изменяют по пропорционально- интегральному закону с постоянной33 времени, равной электромеханической постоянной времени, Ь виде сигнала, положения топливодоэирующего элемента, который изменяют по закону "Форсирую щего 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 сг.рания. При наличии рассогласования по скорости обеспечивается быстрое изменение тока якорей нагруэочного устройства и, следовательно, момента сопротивления на вану 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 35 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 быстро- переменных режимов работы на стенде эксплуатационных .режимов работы транспортного двигателя дальнейшее увели чение быстродействия системы, при безусловном сохранении или повьппении качества регулирования, представляется желательным.Цель изобретения - повьппение быстродействия.и качества оегулирования.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 воздействует на обмотку возбуждения нагрузочного устройства. 30На фиг,1 приведена схема системы регулирования скорости на фиг.2 - закон регулирования тока возбуждения (нагрузочного устройства) на фиг,З- изменение во времени тока в обмотке возбуждения при подаче иа нее Форсирующих сигналов различной величины на фиг.4 - переходный процесс во внутреннем коцтуре регулирования при ступеньчатом задающем воздейст 40 вии.Двигатель 1 внутреннего сгорания с топливодозирующим органом 2, соединенным с исполнительным органом 3 нагрузки .и датчиком 4 положения топливодозирующего органа, соединен45 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 органа 11 частоты вращения накопителя 55 12 энергии, обмотки 13 возбуждения, электродвигателя 7 и датчика 14 тока возбуждения. 4Второй ( 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 0и 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: д 1 Ь- отклонение тока возбуждения от эадава" емой величины 01 - сигнал с выхода нелинейного преобразователя 10; 2 Ь 4- 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 обмоткевозбуждения как в сторону его увеличения, так ив сторону уменьшения, Первое достигается подачей на обмотку возбуждения Форсирующего сигнала Оф, величина которого многократно превосходит величину сигнала, необходимого для возникновения в обмотке возбуждения предельно допустимого тока, На Фиг.З представлено изменение во времени тока 1 Ь в обмотке возбуждения при подаче на нее форсирующих сигналов Оф 4, 0, Офэ различной величины, причем Оф с 0,О прй 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 диана- зоне его изменения все более увеличивается, а закон его изменения вовремени приближается к линейному.При снятии с обмотки возбуждениясигнала исполнительного органа оборотов под действием возникающей приэтом ЭДС самоиндукции в ее цепи ещенекоторое время протекает ток прежнего направления, что затягиваетпроцесс девэзбуждения машины. Быстроезатухание тока в. обмотке возбужденияобеспечивается с помощью накопителя12, например резисторно-емкостного,сигнал которого при девозбуждениимашины, т.е. при снятии форсирующегосигнала с выхода исполйительного органа частоты, оказывается встречнымпо отчошению к возникающей при этомна зажимах обмотки возбуждения ЭДСсамоиндукции иначе говоря,"их полярность противоположна).При этом происходит быстрый отсосв накопитель энергии, заключенной .в магнитном поле обмотки возбуждения, и если текущее значение энергии, аккумулированной накопителем,примерно равно текущему значениюэнергии, аккумулированной обмоткойвозбуждения, ток последней быстрозатухает, причем без смены направления, т.е. без заброса при полномдевозбуждении, а накопитель практически полностью разряжается.Однако, учитывая, что в данномслучае полное девозбуждение электромотора невозможно, так как существует ограничение по току якорей нагрузочного устройства, параметры,накопителя могут быть несколько занижены, .поскольку заброс тока сказывается на качестве регулированиятолько 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 в 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 колеблетсяоколо 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 обеспече 5 10ния одинаковой скорости изменениятока возбуждения при его изменениикак в сторону увеличения, так и всторону уменьшения, хотя выполнениеэтого условия необязательно. 15 Частота возникающих 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, Ьеререгулирование по средней величине тока возбуждения, а именно эта величина определяет регулирующее воздействие во внешнем контуре регулирования, полностью отсутствует.Эффект от использования предлагаемого способа в промыщпенности выра.г жается в возможности улучшения динамических показателей стендового оборудования, предназначенного для регу" лирования 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. 30 35 40 Формула изобретения водозирующего элемента, который иэСпособ регулирования частоты вращения двигателя внутреннего сгоранияна испытательном стенде, заключающийся в том, что форьвруют сигналотрицательной обратной связи по токувозбуждения нагрузочного устройстваи внешние задающие сигналы, причем,последние - в виде сигнала отрицательной обратной связи по частоте вращения нагрузочного устройства, который 55изменяют по.пропорциолально-интегральному закону с постоянной времени,равной электромеханической постоянной времени, сигнала положения топли873008 8тельной обратной связи по току возбуждения нагрузочного устройства ивнешние задающие сигналы суммируют,результирующий сигнал измеряют понелинейному двухпозиционному законуи подают на вход исполнительногооргана по частоте и полученным с еговыхода сигналом через накопительэнергии воздействуют на обмотку воз"О буждения нагрузочного устройства.7меняют 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 щ и й с я тем, что, с целью повышения быстродействия и качества регулирования, сигнал отрицаИсточники информации,принятые во внимание при экспертизе 1. Авторское свидетельство СССР з Ф 48638, кл, 0 01 М 15/00, 1972.873008 Составитель Н, ПатрахальцевРедамтор И. Касарда ТехредИ,Рейвес Корре Г.Назаро Заказ 9015 б 3ВНИИПИ Го 113035 город, ул. Проектная 4 Фил атент Тираа 910 ударственного елам изобретены ква, Ж, РаПодписное оиитета СССР и открытий ская наб., д. 4/5