142 "Енергетичне машинобудування"
Постійне посилання колекціїhttps://repository.kpi.kharkov.ua/handle/KhPI-Press/49918
Переглянути
Документ Синтез та імплементація електронної системи автоматичного керування паливоподачею дизеля(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2020) Таланін, Дмитро СергійовичДисертація на здобуття наукового ступеня доктора філософії за спеціальністю 142 – Енергетичне машинобудування. – Національний Технічний Університет "Харківський Політехнічний Інститут", Харків, 2020. У вступі обґрунтовано актуальність питання дослідження, сформульовано мету та задачі дослідження, визначено об’єкт, предмет та методи виконання дослідження, наведено відомості про наукову новизну, практичну цінність отриманих результатів, особистий внесок здобувача, апробацію, структуру та обсяг дисертації. В першому розділі "Сучасний стан питання та постановка задачі дослідження" наводяться загальні відомості щодо питання організації керування дизелем на сталих і перехідних режимах для забезпечення необхідних характеристик його роботи. Наведена класифікація паливної апаратури дизелів з електронним керу-ванням, яка поділена на два класи: з механічним дозуванням подачі палива в циліндр і з електромагнітно-клапанним дозуванням. Обрана область дослідження – традиційна гідромеханічна паливна система високого тиску за умови поширення результатів дослідження на електромагнітно-клапанні системи. Описано процес створення системи електронного керування дизелем, на підставі чого зроблено висновок, що цей процес вимагає знань в декількох не суміжних галузях науки та інженерії: електромеханіки, електроніки, програму-вання, гідродинаміки на базі теорій ДВЗ і САК тощо. Тобто, обґрунтовано не-обхідність застосовування комплексного синергетичного підходу до вирішення поставленого в дисертації завдання. Розглянуто та проаналізовано масив наукових публікацій, що описують дослідження в даній області, зокрема вчених О. Б. Богаєвського, А. Ф. Головчука, О. А. Грунауера, К. Є. Долганова, І. Д. Долгіх, А. А. Лісовала, А. О. Прохоренка, В. И. Крутова, В. А. Маркова, Ф. И. Пинского, R. H. Bishop, R. C. Dorf та ін. Показано, що в цих та інших відомих роботах сучасні питання відображені не вичерпно, зокрема повністю відсутні відомості про алгоритмізацію та програмування контролерів систем електронного керування. До того ж виявлено, що автори відомих досліджень в цій області не надають відомостей з питання забезпечення досягнення рівноважного режиму роботи двигуна в результаті недетермінованого керуючого впливу при всережимному регулюванні. Розглянуто можливість застосування в алгоритмі роботи ЕБК математичної моделі конкретного двигуна, яка дозволить "передбачити" задану рівноважну частоту обертання колінчастого вала (Predictive Model Control) та представлена структурна схема такої системи керування дизелем. На підставі аналізу роботи такої системи робиться висновок, що імплементація даної концепції алгоритму керування потребує попереднього визначення або завдання характеристик двигуна і системи подачі палива у вигляді таблиць, які можна отримати тільки шляхом випробувань його завершеної конструкції. Таким чином у першому розділі підтверджено обґрунтування актуальності науково-технічної задачі створення ефективної і надійної системи електронного керування подачею палива дизеля з точки зору розробки простого програмного алгоритму її роботи. У другому розділі "Теоретична база та математичні інструменти дослідження" наведено синтез алгоритмів роботи ЕБК та математичних моделей, що використані у дослідженні. Розроблена альтернативна концепція синтезу простого алгоритму електронного керування дизелем, яка заснована на методі аналогії з роботою механічного всережимного регулятора, що є основним пунктом наукової новизни роботи. Наведена послідовність логічних міркувань при виведенні основного рівняння регулятора у вигляді простого математичного виразу. Доповнення цього рівняння необхідними обмежувачами: граничним регулятором, позитивним коректором, негативним коректором, регулятором холостого ходу, збагачувачем паливо-повітряної суміші на режимі пуску дозволило створити ядро алгоритму електронного всережимного регулятора. Важливою особливістю розробленого алгоритму є незалежність його працездатності від зовнішніх факторів, як то – вид і якість палива, умови довкілля, технічний стан двигуна та ін. Крім того, підбір значень сталих коефіцієнтів в отриманому рівнянні дозволяє легко синтезувати регулятор для отримання будь-яких характеристик роботи двигуна – від астатичних до близьких до швидкісних, що також є науковою новизною роботи. Особливу увагу приділено розробці алгоритму роботи підсистеми керування позиціюванням виконавчого механізму на основі дискового електродвигуна постійного струму, керованого за сигналом ШІМ. Запропоновано оригінальну методику розрахунку інтегральної складової у алгоритмі ПІД-регулятора цієї системи на основі диференціального рівняння ізодрому, що є одним з пунктів наукової новизни даної роботи. Наведено опис математичної моделі динаміки САР, яка розробляється у дослідженні. Проведені за допомогою математичного моделювання розрахункові дослідження показали, що запропонована концепція алгоритму повністю працездатна – в будь-якому випадку система здатна здійснювати конвергентний перехідний процес з одного рівноважного режиму роботи в іншій. Третій розділ "Експериментальні випробування та доведення електронної САР дизеля" присвячений імплементації систем електронного регулювання на дослідницьких моторному та безмоторному стендах. Питання, вирішення яких описане в даному розділі мають вагоме практичне значення. Зокрема, створено та доведено до практичного використання систему електронного керування дизеля експериментального дослідницького стенду лабораторії кафедри ДВЗ НТУ "ХПІ", що підтверджено відповідним Актом впровадження результатів дисертації. Розроблена компоновка конструкції та оснащення рядного гідромеханічного ПНВТ електричним сервоактуатором з електронним керуванням, який встановлено для проведення досліджень на безмоторний експериментальний стенд. Розділ містить ретельний опис складових вузлів та алгоритмів роботи досліджуваних систем автоматичного регулювання частоти обертання дизеля. У четвертому розділі "Результати експериментальних та розрахункових досліджень" описано виконання: – зняття статичних регуляторних характеристики дослідницького одно-циліндрового дизеля з електронним регулятором; – реєстрації, аналізу та моделювання динамічних характеристик електронної САР цього дизеля; – експериментального дослідження універсального електронного регулятора транспортного дизеля, який дозволяє поєднати в одному пристрої дворежимний та всережимний регулятор з метою використання потрібного типу регулювання в залежності від поточного призначення транспортного засобу. Отримані та наведені в розділі результати повністю підтверджують попередні теоретичні та розрахункові дослідження, а також повну працездатність розроблених САР. Наприкінці розділу сформульовано та наведено можливі напрямки розвитку та перспективні наукові дослідження з впровадження електронних інформаційних систем дизелів.