Аналізування частотних характеристик системи керування процесами подачі палива у циліндри силового агрегату

Abstract

Запропоновано ідею моніторингу ідентичності циліндрових потужностей двигуна внутрішнього згоряння в умовах неповної інформації та на її основі побудовано комп’ютерну систему. Як вхідну інформацію використано сигнал миттєвої швидкості обертання колінчастого вала силового агрегату. При розробці архітектури апаратних засобів використано форсунки з п’єзоелектричними виконавчими механізмами, принцип безпосереднього цифрового керування, а також принцип керування зі зворотним зв’язком за станом флуктуацій швидкості обертання колінчастого вала. Як математичний апарат при аналізі структурної схеми комп’ютерної системи програмного керування процесами подачі палива та повітря у циліндри силового агрегату використано перетворення Лапласа. Побудовано математичні моделі компонентів апаратних засобів керування процесами подачі палив-повітряної суміші та у результаті аналізу структурної схеми комп’ютерної системи отримано передавальну функцію. Із використанням можливостей програмного середовища Matlab отримано перехідну та імпульсну перехідну характеристики системи, побудовано годограф Найквіста та встановлено логарифмічні амплітудно-частотні характеристики апаратних засобів. Встановлено, що частотні характеристики математичної моделі комп’ютерної системи мають необхідні динамічні характеристики. Методом розкладання на прості дроби отримано вираз дискретної передавальної функції, коефіцієнти статечних поліномів якої встановлено за допомогою методу визначників та обчислювальних можливостей програмного середовища Mathcad. На основі дискретної передавальної функції побудовано схему комп’ютерного моделювання процесу обробляння апаратними засобами сигналу миттєвої швидкості обертання колінчастого вала. Комп’ютерним моделюванням отримано вихідний сигнал, у результаті аналізу якого встановлено швидкодію апаратних засобів обробляння вхідної інформації.

The idea of monitoring the identity of the cylinder capacities of an internal combustion engine under conditions of incomplete information is proposed and a computer system is built on its basis. The signal of the instantaneous rotation speed of the crankshaft of the power unit was used as input information. In the development of the hardware architecture, injectors with piezoelectric actuators, the principle of direct digital control, and the principle of control with feedback on the state of fluctuations of the crankshaft rotation speed were used. The Laplace transform was used as a mathematical apparatus for analyzing the structural diagram of a computer system for programmed control of the processes of supplying fuel and air to the cylinders of the power unit. Mathematical models of the components of the hardware for controlling the processes of supplying the fuel-air mixture were constructed, and as a result of the analysis of the structural diagram of the computer system, the transfer function was obtained. Using the capabilities of the Matlab software environment, the transient and impulse transient characteristics of the system are obtained, the Nyquist hodograph is constructed, and the logarithmic amplitude-frequency characteristics of the hardware are established. It was found that the frequency characteristics of the mathematical model of a computer system have the necessary dynamic characteristics. Using the method of expansion into simple fractions, an expression is obtained for a discrete transfer function, the coefficients of the power polynomials of which are established using the method of determinants and computational capabilities of the Mathcad software environment. On the basis of a discrete transfer function, a scheme for computer modeling of the process of processing the signal of the instantaneous speed of rotation of the crankshaft by hardware is constructed. The output signal was obtained by computer simulation, as a result of the analysis of which the speed of the hardware for processing the input information was established.