3
Лабораторная работа №4
Исследование системы автоматического регулирования угловой скорости двигателя внутреннего сгорания (дизеля)
Цель работы: изучить САР угловой скорости двигателя внутреннего сгорания (дизеля).
Содержание отсчета
-
Схема САР угловой скорости двигателя внутреннего сгорания (дизеля).
-
Cтруктурная схема САР угловой скорости двигателя внутреннего сгорания (дизеля).
-
Cтруктурная схема САР угловой скорости двигателя внутреннего сгорания (дизеля) в обозначениях Simulink.
-
Переходные (временные) характеристики САР по управляющему воздействию xзад=1(t) и возмущающему воздействию MH=1(t). Численные значения показателей качества переходных процессов.
-
ЛАХ и ЛФХ разомкнутой САР угловой скорости двигателя внутреннего сгорания (дизеля) для заданных численных значений параметров передаточных функций.
-
Численные значения запасов устойчивости по амплитуде и по фазе, полученные по ЛАХ и ЛФХ.
-
АФЧХ САР угловой скорости двигателя внутреннего сгорания (дизеля). Численные значения запасов устойчивости, полученные по АФЧХ.
-
Графики функциональных зависимостей L=f(k3) и =f(k3).
-
Рациональное значение k3.
-
Графическая зависимость времени переходного процесса по управляющему воздействию от величены Т4.
-
Рациональное значение Т4.
Устройство системы:
На рис. 1 изображена САР угловой скорости двигателя внутреннего сгорания (дизеля) с внутренней изодромной обратной связью. Здесь: Д -дизель; МП –механическая передача; ЦБМ - центробежный маятник; ГУ –гидроусилитель; СМ –сервомотор; К –катаракт; П –пружина.
Работа системы:
В установившемся режиме определенному моменту нагрузке МН на валу дизеля соответствует некоторая подача топлива, зависящая от положения рейки топливного насоса, которую перемещает сервомотор СМ. Если нагрузка по какой-либо причине уменьшится, тогда угловая скорость дизеля возрастет, грузы ЦБМ разойдутся и переместят муфту, а вместе с нею и золотник ГУ. Рабочая жидкость поступит в СМ и он начнет уменьшать подачу топлива. В первый момент времени вместе с поршнем СМ переместятся поршень и цилиндр катаракта К, обратная связь на ГУ сработает как жесткая. Однако затем под влиянием пружины П цилиндр К будет перемещаться вверх, а жидкость в цилиндре К через отверстия в поршне перетечет из верхней полости в нижнюю. Жесткая связь между СМ и ГУ нарушится, движение поршня СМ прекратится лишь тогда, когда угловая скорость дизеля полностью восстановится до исходного уровня. Если нагрузка на валу двигателя возрастет, действие системы будет направлено на увеличение подачи топлива и восстановление исходной скорости.
ЦБМ
X2
ГУ
П
X4
Х3
К
X1
k5
CM
Д
Рис.1. Система автоматического регулирования угловой скорости двигателя внутреннего сгорания (дизеля).
XЗАД
ЦБМ
Х2
Х5
МН
Д
Х1
Х3
Х1
Х1
Х4
W1(p)
W2(p)
W3(p)
K3
W’1(p)
W4(p)
K3
Рис.2. Cтруктурная схема системы автоматического регулирования угловой скорости двигателя внутреннего сгорания (дизеля)
Передаточные функции звеньев САР:
где - ошибка регулирования; ki- коэффициенты усиления; Ti-постоянные времени; хзад- заданная угловая скорость; х1- угловая скорость дизеля; х2-перемещение муфты ЦБМ; х3- перемещение рейки топливного насоса; х4- перемещение цилиндра катаракта К; х5- перемещение золотника ГУ; МН- момент нагрузки на валу двигателя.
Числовые значения параметров системы:
k1=10; k1=2; k2=2; k3=0,9; k3=0,1; k3+k3=1; T1=3 c; T2=2 c; T4=0; T4=1 c.
Рис. 3. Cтруктурная схема САР угловой скорости двигателя внутреннего сгорания (дизеля) в обозначениях Simulink.
Рис. 4. Переходные (временные) характеристики САР по управляющему воздействию xзад=1(t) и возмущающему воздействию MH=1(t). Численные значения показателей качества переходных процессов.
ЛАХ и ЛФХ разомкнутой САР угловой скорости двигателя внутреннего сгорания (дизеля) для заданных численных значений параметров передаточных функций.
Таблица 1
K3 | 0,01 | 0,02 | 0,03 | 0,04 | 0,05 | 0,06 | 0,07 | 0,08 | 0,09 | 0,1 |
?L | 21,8 | 15,7 | 12,1 | 9,57 | 7,56 | 5,91 | 4,5 | 3,27 | 2,17 | 1,18 |
?? | 66 | 48,6 | 36,7 | 28,2 | 21,7 | 16,6 | 12,4 | 8,83 | 5,78 | 3,11 |
t nn | 19,6 | 23,6 | 29,4 | 35 | 48 | 60 | 72,1 | 96,8 | 146 | 264 |
Численные значения запасов устойчивости по амплитуде и по фазе, полученные по ЛАХ и ЛФХ.
Рациональное значение К3 = 0,02 при L? 15дБ и ?? 450
Графики функциональных зависимостей L=f(k3) и =f(k3).
Таблица 2
T4 | 0,5 | 1 | 1,5 | 2 | 2,5 | 3 |
t nn | 32,1 | 23,6 | 25 | 14,7 | 18 | 22,5 |
Рациональное значение T4 = 2 при Tnn -min
Графическая зависимость времени переходного процесса по управляющему воздействию от величены Т4.