CC BY
97
А.Н. БОРИСЕНКО, канд техн наук, проф НТУ "ХПИ" (г. Харьков С.А.ЛИТВИНЕНКО, ст. преп НТУ "ХПИ" (г. Харьков,
Е.В. ХАЛАНСКАД стажерпрепод НТУ "ХПИ" (г. Харьков А.В.ГУСЕЛЬНИКОВ, студентНТУ "ХПИ" (г. Харьков
МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ДИЗЕЛЬ-ГЕНЕРАТОРА КАК ОБЪЕКТА РЕГУЛИРОВАНИЯ СКОРОСТИ С УЧЕТОМ СЛУЧАЙНОГО ХАРАКТЕРА ЕЕ ДЕВИАЦИИ, ИЗМЕРЕНИЯ ФАЗ ТОПЛИВОПОДАЧИ И ДОПОЛНИТЕЛЬНОГО ВОЗДУХОСНАБЖЕНИЯ
Построенаяатематическаяоделщизельгенераторасак объектарегулированияжоростис тремя управлениямицикловаяподачаи фазавпрыскатопливаи дополнительное оздухоснабженцев также с учетом случайногохарактергизменени;угловой скорости Модельпредставлена виде линеаризованной системы уравнений второго порядкд коэффициенты которой область допустимых значением ограничения зяты из экспериментальнызданных При построении моделиу читывалисьзависимостииндикаторногомоментал момента механических! отерь от техническогосостоянищизельгенератораИл.: 1.Библиогр: 9 назв
Ключевые слова математическая модель дизельгенераторэ угловая скорость фаза топливоподачццополнительношоздухоснабжение
ПостановкапроблемьДальнейшеяовышениегехнико-экономических и экологических показателей дизельгенераторов (ДГ) связанр с необходимостью учета некоторых факторор которые ранее считались второстепенным,™ п оэтому не учитывались Для повышения указанных показателей необходимр во-первых поддерживать ДГ в должном техническом состоянии и, во-вторых управлять ДГ по наилучшим в определенноюмысле законам Следователь^свозникаетзадачауправления ДГ с учетом его техническогосостояни? котораяне может быть решена без синтезасоответствующейатематическойоделиобъекта
АнализлитературыВ работе[1] рассмотреналинейная\латематическая моделвдвигателжнутреннегосгоранижакобъектарегулированияжоростис управляющим воздействием по цикловой подаче топлива При этом предполагаетовесьма незначительноеотклонение режимных параметров двигателяпри резком изменением агрузки от значению установившемся режиме В работе[2] рассматриваетсяинейнаястационарнаяюдельдизеля как объекта регул ированияскоростис учетомо собенностейэго работы по винтовой характеристике при нескольких фиксированных скоростных режимахи резкихи зменениях момента нагрузки на валу В работе [3] рассмотреналатематическаи одельбензиновогоавтомобильногсдвигателя внутреннего сгорания как объекта регулированияскорости с цифровым управлениемгопливоподаче;йучитывающимсодержаниеокиси углеродаи
азота в отработавших газах В [4] приведена модель ДВС с усовершенствованной системой воздухоснабжения предназначение^ в основном для увеличения воздушного заряда при плавном нарастании момента нагрузки на режимах скоростной характеристики Отметим что рассмотренные работах[1 - 4] математическивиоделипредназначенвдля решениж онкретных задач управления ограниченным классом двигателей внутреннегосгоранид не учитывают случайногохаракгерауправляющиж возмущающижоздействийі неприменимвдля решениязадачциагностики В работе[5] рассмотреьрядмоделеРдизелжак объекгадиагностикипо параметрамгопливоподачи воздухоснабжен^явибраций основных узловв процессее го работы по составу смазочных вєщєстеи т.д однако для решениязадачуправлениягакиемоделше пригодны В работе[6], в отличие от ранее рассмотренной при составлении модели ДВС как объекта диагностики учитывается лучайныйхарактернекоторых процессор однако для решениязадачуправленияіредложеннаяюдельнепригодна
Цельстатьи- построениалатематическойоделицизельгенератордля решениязада^управлениж диагностирования
Известно[7], что системууравненийдвижениядизеляс газотурбинным наддувомиожнопредставитюледующимэбразом
Л^ = мт-м„;
=№«(0) <1)
сН п н-
где ^ - моментмн ерции вращающихсячастей турбокомпрессора -угловаяскоростьроторатурбокомпрессораМт = Mт(w, \л/я, Д,) - крутящий момент турбиньї \л/ - угловая скорость вала дизел? Д, - часовой расход топлива двигателя Мк = Мк(<Э, \л^) - момент сопротивленижомпрессорр О - расход воздуха через компрессор*/ - моментын ерции вращающихся частейдизел? х - девиацияугловой скорости коленчатоговалдМ,, Мп -соответственнсиндикаторный моменти момент потерь двигателя М н -моменттнагрузки на валудизеля
Авторами впервыеучитываетсязависимость М, и Мп не только от традиционно фигурирующих аргументов [ \л/, \л^, Д], но и от других факторов В частностипри определении/^, учитываетсжремя? и первый коэффициентехническогосостоянияК1ТС, а при определенииМп -второй коэффициент К2уС технического состояния дизельной установки Следовательно
My] - Mn (w, K2jс) ■ (3)
При этом Knc зависит от качества работы топливной системы и газовоздушноготрактд компрессию цилиндрах Второй же коэффициент К2ТС определяетсяотерямина насосныеходд вентиляционнымшотерям^ потерямина трениев п одшипникахи ЦПГ. Указанныефакторывлияютна цилиндровыа/ющностии равномерностях распределенк^то, в конечном счете отражаетсяна девиацикугловойскоростивала Следовательно
x = x(t, Кпс, К2ТС) ■
ПосколькуиндикаторныймоментМ, зависитот индикаторногск.п.д., а h, зависит от фазы q топливоподачи то систему уравнений (1) можно представитюледующимэбразом
d(v^~x) = /i(w, v/k, hp, q, Qfl, M,)\
L {4)
-£-= f2(v/,v/k, ftp. Qfl).
где hp - выход рейки топливного насоса (топливодозирующегоорган^ дизел? Од - расходдополнительног<воздухачерезкомпрессор(этотвоздух подается^ баллонов
В рамкахрешаемойвадачквеличиныЛр, q, Од являютсяуправляющими
воздействиям^управлениям>1дизел1?а w и wk-выходнымикоординатами объекта Отметим что при оснащении дизеля электронной системой топливоподачи взамен гидромеханической вместо величины ftP может фигурироватщругой параметрсвязанный; цикловойподачейгоплива
Системууравнений(4) необходимспреобразоватъаким образом чтобы в одной части уравнения были управления а в другой - выходные координаты Индикаторныймоментдвигателя/южнопредставитш виде
М; = /С, — h,-, (5)
W
где К| - коэффициенгропорциональности С учетомвыводофаботы[8]
h, =h,(ay, w, q), (6)
где а у - коэффициенпзбыткавоздуха
Согласно работе [7] коэффициент збытка воздухаи часовой расход топливаможновыразитьв виде
ау = Кг~В~ ’
aH=aH(ftP,w) (7)
или
Е3^ = фр), (8) W
где К2 - коэффициент!ропорциональностиБ} - расходтопливана единицу частотывращения
Далеедляплотностиу воздухаи его расхода соответствии: [7] запишем
9 = gCWfc);
Q =Q (w, g),
в связис чем Q = Q (w, ).
Зависимостьиндикаторногск.п.д. (6), с учетом выражений (7), (8) и наличия Од, атакже
ау =ay(w, \Nk, ftp, Qfl), (9)
запишемследующимэбразом
h, =h,(w, wfc, ftp, q, Од). (10)
Тогдаиз(5), (8), (10)юлучим
Mi = Mi (w, w*, ftp, q, Од). (11)
Момент потерь можно считать зависящимтолько от угловой скорости вала[7, 9], то есть
МП=МП{w). (12)
Тогдаиз (1), (11 )и (12)получим
cA/v / \ о
= fj (w, w*, ftp, q, Од, MHJ = by+ t^hp + ЬзОд + b^hРОд + l%ftp +
+ДОдЛр + biq + Ь2ЛрР + ЬзОдР + Ь4Р2 + Ь50дР2 + Ь6ЛрР2. (13)
где Ь,- = ft(w, \Nk, М н, ftp, q, Од); b, = b,(w, wk, MH, hP, q, Qfl); /'= 1,6; MH = const hP = hP(t); Од = Од (t).
Перейдем ко второму уравнению системы (2). Воспользуемся зависимостыстемпературьгазов передтурбиной Тт от а . Согласно[7] и с учетом (9) имеем
7"т = 7"T(w, \Nk, ftp, Од). (14)
Крометого, из [7]
МТ=МТ{А), (15)
где
А=А(Оц,Тг). (16)
Из (14), (15), (16)юлучимследующе®оотношение
Mj = MT(w, wk, ftp, Од). (17)
Моментна валукомпрессораэпределяетсиыражениег|(7, 9]
Мк = Мк(щ\мк). (18)
В конечномсчете из (17)и (18) находим
^ = ^2(w> w/c> ^р> Рц) = ^7 +^вОц +^дОц^р +^юРц +b,iQflftp ^i2ftp■ (1®)
Таким образом получена математическая одель стационарногоДГ, состояща$изуравнений(13) и (19).
Этоймоделисоответствуерис, на котором показаныследующиеблоки БУФ - блокформировани5уставо1? БВК - блок возведения квадрат БП -
блок перемножения ВС - блок суммирования Эти блоки н еобходимыдля выполненияхютветствующи»перацийв выражения>(13) и (19).
Рис Блок-схемадля юделированидизеля
При начальных условия* \л^ = щ\ \л^ =wfc/, блок-схема на рис
может быть использована для имитационного моделированиясистемы регулирования!-.
Область допустимых управлений и ограничения і0ЛЛк\
0< М^Ртах! 0<С^ 0<Ц^Цтах.
Для математическогописанияобъектанадозадатьаакон его движениям область управлений ІІ Допустимым управлением является кусочно-непрерывнафункция і0 Л Лк созначениямюобласткуправленийІУ, безскачковнаюнцахотрезка?0 гдеоназаданаОбласпуправлению
случае стационарного дизеля представляет собой параллелепипедсо сторонамиа, (на оси Од), а2 (на оси /7Р) и а3 (наоси д).
Выводы ПостроенаматематическанодельДГ, пригоднаядля решения задачуправленияі диагностику посколькув ней кроме трех управляющих воздействийиспользуетадевиацияугловой скоростивалаи коэффициенты учитывающиегехническоесостояниеагрегата
Списоклитературы 1. МарченксАЛ. Двигуни внутрішньогозгоряння/ А.П Марченко - Харків: Прапор 2004. -Т. 1. - 364с. 2.ДоДыкЛыу. Построениемоделещляуправленияэптимальным режимомработысудовогокомплекса/До ДыкЛыу, Май Ван Чинь / Д вигателестроение- 2007. -№ 1. - С. 39 - 40.3. КотиковЮ.Г. Цифровыесистемыавтоматическогсуправленижиловыми установками автомобилейс дизельными двигателями (обзо^ / Ю.Г. Котиков А.Э. Горев Н.М. Блянкинштейн/ Двигателестроение- 1985. -№ 4. - С. 29-31.4. Агафонов А.Н Экспериментальные исследования работы ДВС с усовершенствованной системой воздухоснабжений А.Н. АгафонорИ.В. СлесаренкрВ.Н. Гоуэдь/ Двигателестроение- 2007. -№2. - С. 11-16. 5. Станиславский Л.В Техническое диагностирование дизелей
I Л.В. Станиславский- К.: Вищашколз 1983. - 135с. 6. Представлениероцессош ДВС для решениэдиагностическихзадач/В.Ф. Голое Институтинж. ж.-д.транспорта-Куйбышез 1985. -19 с. -Деп. в ЦНИИТЭИ МПС 15.06.85,№ 3302.7. ДмитриенксВ.Д. Синтез оптимальных регуляторовдля повышениятехникозкономическихпоказателейгурбопоршневыздвигателей авторефдис ... канд техн наук: спец 05.13.05 ІВ.Д Дмитриенко- Харьков 1975. - 24с.
8.БорисенксА.Н. Моделипроцессош информационнвізмерительньисистемаадля управления и диагностики дизелей/ А.Н. Борисенко/ Вестник Национальногогехническогоуниверситета "ХПИ". - 2004. -N2 17. -С. 7-12.9. Погребня/В.В. Разработка! исследованиестройствдля дополнительногоразгонаа грегатов наддува п ереходномпроцессетепловозныхдизелет автоматизированныдизельтенераторов дис канд техн наук: 05.04.02 ІВ.В. Погребняк -Харьков 1971. -24Ъ.
СтатьяіредставленАт.н проф НТУ "ХПИ" РогачевыьА.И.
УДК 621.436.1.57
Математичне моделюваннщизельгенератораяк обЬкгу регулюванняшвидкоств урахуванням випадкового характеру її девіації вимірювання фаз папивоподачі і додатковогоповітряпостачання/ Борисенко А.М., Литвиненко С.А, Халанська О.В., ГусельникоЮ.В.// Вісник НТУ "ХПІ". Тематични^вип уск Інформатика моделювання-Харків: НТУ "ХПІ". - 2010. -№21. -С. 4-11.
Побудованаматематичнамодельдизельгенератораяк об'єкту регулюванняшвидкостіз трьома управліннями цикловій подачі і фазі уприскування палива і додатковому
повітряпостачанніра також обліком випадковогохарактерузміни зазначеношвидкості Модель представлену вигляділінеаризованоїистемирівняньдругого порядку коефіцієнтиякої, область допустимих значень і обмеження узяті з експериментальнизданих При побудові моделі враховувалисяалежності індикаторного моментуі моменту механічнихв трат від технічного станудизельгенератораіл.1. Бібліогр: 9 назв
Ключові слова математична модель дизельгенераторэ кутова швидкості? фаза паливоподачідодатковетовітряпостачання
UDC 621.436.1.57
Mathematical design of diesel-generator as an object of adjusting of speed taking into account casual character of its deviation, measuring of phases of serves of fuel and additional providion with aifBorisenko A.N.LitvinenkoS.A-KhalanskaysE.V., Gusel'nikovA.V. II Herald of the National Technical University "KhPI". Subject issue: Information Science and Modelling. -Kharkov: NTU "KhPI". - 2010. -№21. - P. 4 - 11.
The mathematical model of diesel-generator is built as an object of adjusting of speed with a management to on to three to the co-ordinates: to the sequencing serve and phase of injection of fuel and additional providing with air, and also by the account of casual character of change the mentioned speed. A model is presented as the linearized system of equalizations the second order, coefficients of which, region of acceptability and limitation taken from experimental information. At the construction of model dependences of indicator moment and moment of mechanical losses were taken into account on the technical state of diesel-generator. Figs. 1. Refs.: 9
Keywords mathematical model of diesel-generator, angulator, phase of serves of fuel, additional providing with air.
Поступилав редакциюі0.04.2010
