Разработка системы управления газовым двигателем внутреннего сгорания на основе алгоритмов адаптивного управления

• Автор: Бурцев, Никита Владимирович
• Шифр специальности: 05.13.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2010
• Место защиты: Рыбинск
• Количество страниц: 181 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
Содержание.
Введение.

1 Исследование существующих систем управления газовым двигателем.

1.1 Исследование способов подачи газового топлива в двигатель

внутреннего сгорания.

1.1.1 Эжекторные карбюраторные системы подачи газового

топлива

1.1.2 Инжекторные системы.

1.2 Анализ существующих систем управления газовым двигателем

1.2.1 Классификация методов построения систем управления ДВС.

1.2.2 Анализ способов управления газовым двигателем.
1.2.3 Структура современной микропроцессорной системы
управления газовым двигателем.
1.3 Постановка задач адаптивного управления газовым двигателем э
1.3.1 Газовый двигатель как объект управления.
1.3.2 Основные задачи управления газовым двигателем
1.4 Выводы по главе.
2 Разработка математических моделей и адаптивных элементов управления газовым двигателем внутреннего сгорания .
2.1 Совершенствование математических моделей газового хигателя внутреннего сгорания
2.1.1 Совершенствование математических моделей дхигатеЛЯ внутреннего сгорания .
2.1.2 Усредненная математическая модель газового двигателэг .
2.1.3 Модель газового двигателя в пространстве состояний
2.1.3 Математические модели статических характеристик двигателя внутреннего сгорания.
2.2 Разработка моделей адаптивных элементов
2.2.1 Структура и типы адаптивных систем управления
2.2.2 Постановка задачи адаптивного управления. Этапы синтеза адаптивной системы.
2.2.3 Базовые структуры алгоритмов адаптации.
2.2.4 Разработка алгоритма адаптивного управления параметрически неопределенным объектом
2.2.5 Разработка математической модели адаптивного ПИДрегулятора.
2.3 Выводы по главе
3 Разработка вычислительных структур для управления газовым двигателем с элементами адаптивного управления.
3.1 Формирование критериев применимости программных и аппаратных средств при реализации системы управления
3.2 Выбор и обоснование применения программных и аппаратных структур системы управления.
3.2.1 Выбор и обоснование применения аппаратных средств
3.2.2 Выбор и обоснование алгоритмов интерполяции.
3.3 Разработка алгоритмов системы управления с элементами адаптивного управления
3.3.2 Адаптивный алгоритм изменения статизма регуляторных характеристик.
3.4 Разработка вычислительных структур системы управления с элементами адаптивного управления.
3.4.1 Структура микропроцессорной системы управления газовым двигателем и принципы работы основных блоков системы
3.4.2 Разработка вычислительных структур для реализации
разработанных алгоритмов
3.5 Выводы по главе
4 Экспериментальное исследование методов и вычислительных структур системы управления газовым двигателем с элементами адаптивного управления.
4.1 Совершенствование электронного имитатора газового двигателя внутреннего сгорания с учетом разработанных математических моделей
4.2 Проверка основных структур и алгоритмов системы управления на имитаторе газового двигателя внутреннего сгорания.
4.3 Экспериментальное исследование разработанных алгоритмов системы управления на реальном газовом двигателе внутреннего сгорания.
4.4 Анализ эффективности разработанной системы в решении поставленных задач.
4.5 Выводы по главе.
Заключение.
Список использованных источников


Проведен анализ основных моделей статических и динамических ошибок по состоянию объекта и выходному сигналу, в соответствии с приведенным в главе алгоритмом синтеза адаптивных регуляторов разработана структурная схема и математическая модель адаптивного ПИДгрегулятора, отвечающего требованиям, установленным в первой главе. В третьей главе на основе сформированных критер ев производится выбор и обоснование применения программных и аппаратных средств для разработки микропроцессорной системы управления газовым двигателем. Показано, что ограничения, накладываемые особенностями работы. Рассмотрены основные методы интерполяции, обоснована применимость алгоритма кусочнолинейной интерполяции. Разработано специальное прикладное программное обеспечение для экспериментального исследования разработанных алгоритмов. Разработаны алгоритмы и вычислительные структуры для реализации адаптивного регулятора, а именно алгоритм адаптивного управления частотой вращения поддержания ЧВ коленчатого вала двигателя в установившемся режиме, алгоритм адаптивного управления частотой вращения КВД с изменением коэффициентов ПИДрегулятора при ступенчатом изменении нагрузки на двигатель, алгоритм адаптивного изменения статизма регуляторных характеристик двигателя для реализации оптимального регулирования. Четвертая глава посвящена практическому применению полученных результатов. Разработан электронноцифровой имитатор газового ДВС на основе разработанной математической модели газового двигателя. Основные структуры и алгоритмы проверены на имитаторе газового двигателя, полученные результаты свидетельствуют об адекватности разработанных моделей и позволя ют без значительных корректировок проверить систему на реальном газовом ДВС. Результаты, полученные при испытаниях разработанных алгоритмов вМПСУ двигателем ЯМЗ1. При использовании разработанных алгоритмовудалось достичь показателей второго класса точности по требованиям стандарта, а именно заброс ЧВ при ступенчатом изменении нагрузки составляет 5,9 при сбросе нагрузки и 6,8 при набросе нагрузки, максимальная длительность переходного процесса составляет 2,9 с. Кроме того, при работе с адаптивными алгоритмами нестабильность частоты вращения составляет 0,8. ГОСТ 1 по второму классу точности. Испытания автомобиля Соболь с МТТСУ двигателем ЗМЗ2. В ходе развития автомобильного двигателестроения в части использования альтернативного газового топлива определилось несколько основных направлений построения систем топливоподачи , , . На рис. Данный вид подачи топлива, являющийся исторически первым, находит широкое применение как в бензиновых, так и в газовых двигателях. Рис. КВД. Современные автомобили, оснащенные автоматическими коробками передач, системами АВЗРВБ, круизконтроля в обязательном порядке имеют возможность управления передаточными характеристиками двигателя, что невозможно организовать без наличия обратной связи крутящего момента по частоте вращения КВД 5, . Несмотря на отмеченные недостатки, в настоящее время существуют газовые модификации двигателей, основанных на карбюраторной системе подачи топлива, главными достоинствами таких систем являются их относительная простота конструкции и обслуживания и, как следствие, низкая стоимость разработки, производства и применения. Следующим логичным шагом в развитии систем топливоподачи явилась разработка системы впрыска топлива инжекторных систем , , , . Двигатели с различными видами систем принудительного впрыска в настоящее время выпускаются практически всеми мировыми автопроизводителями. Основными причинами почти полной переориентации на выпуск инжекторных двигателей стали недостижимые при использовании карбюраторов экологические требования к содержанию вредных выбросов в отработавших газах, а также необходимость снижения расхода топлива ввиду роста мировых цен на нефть, нефтепродукты и газовые топлива. На рис. Рис. Несмотря на то, что первый серийный инжекторный двигатель появился еще в году, широкое распространение подобных двигателей началось лишь в конце XX века.