Устройство для регулирования скоростидвигателя

Устройство для регулирования скоростидвигателя

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

О П

Союз Соеетскик

Соцмалнстнческигг

Республмк

ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ (гг)798748

К АВТОРСКОМУ СВИ ЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. сеид-ву— (22) Заявлено 180479 (21) 2784211/18-24 с присоединением заявки ¹â€” (23) Приоритет— (51)М. Кл.

G 08 D 13/00

Государственный комитет

СССР по делам изобретений и открытий

Опубликовано 230181 Бюллетень М 3

Дата опубликования описания 2 30 1,81 (53) УДК <21 ЬВЬ.б (088.8) (72) Авторы изобретения

А.М.Зубков и Ф,И.пинский

Коломенский филиал Всесоюзного заочнoro политехнического института (71) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГУЛИРОВАНИЯ

СКОРОСТИ ДВИГАТЕЛЯ

Изобретение относится к устройствам регулирования неэлектрических величин, в час тности к автоматическому регулированию скорости вращения двигателя внутреннего сгорания.

Известна система для стабилизации скорости вращения двигателя, содержащая последовательно соединенные с рав н ив ающий элемен т, ус илитель, двигатель и датчик скорости, датчик опорных импульсов, последовательно соединенные генератор импульсов, счетчик импульсов, запоминающее устройство, преобразователь код-напряжение, звено с переменным коэффициентом усиления, второй вход которого подключен к выходу датчика скорости, а выход — к первому входу сравнивающего элемента, Ко второму входу сравнивающего элемента подключен первый вход датчика опорных импульсов, второй вход которого подключен к выходу двигателя, а выход — ко второму входу счетчика импульсов (1).

Однако обеспечение стабильности при возмущении на систему изменением нагрузки на двйгателе осуществляется с большой динамической ошибкой и временем переходного процесса, так как система имеет линейный пропорциональный закон регулирования на каждом установившемся скоростном режи- ме, который не обеспечивает оптимальной величины управляющего сигнала, Увеличение динамической ошибки и времени переходного процесса ведет к ухудшению качеств а регулирования при возмущении по нагрузке на двига10 тель

Наиболее близкой по технической сущности к предлагаемой является электронная двухимпульсная система автоматического регулирования часто15 ты вращения дизель-генератора, содержащая последовательно соединенные исполнительный механизм, двигатель и датчик скорости, выход которого подключен к первому входу элемента

20 сравнения непосредственно и через дифференцирующее звено, второй и третий входы элемента сравнения соответственно соединены с задатчиком скорости и выходом формирователя им25 пульса нагрузки, вход которого подключен к выходу измерителя мощности, например измерителя активной мощности генератора, а выход элемента сравнения соединен со входами усилителя, 30 который содержит пропорциональный и

798748 низма, а четвертый и .-.ятый выходы блока задания режимов подключены соответственно ко второму и третьему входам каждого корректирующего блока.

На чертеже представлена структурная схема предлагаемого устройстна.

Устройство для регулирования сКо рости днигателя 1, содержащее датчик

2 скорости, первый корректирующий блок 3 и элемент 4 сравнения, выход которого подключен ко входам интегратора 5, блока б пропорционального регулирования и дифференцирующего блока 7, второй вход — к выходу задатчика 8 скорости, а третий вход через преобразователь 9 импульса нагрузки - к выходу измерителя 10 мощности, а также исполнительный механизм 11, содержит также дополнительные корректирукщие блоки 12 и 13, сумматор 14 и последовательно соединенные задатчик 15 опорных напряжений и блок 16 задания режимов, причем второй вход блока 16 задания режимов подключен к выходу измерителя 10 мощности, а первый, второй и третий выходы - соответственно ко вторым вхо40

4$ интегрирующий каналы, включенные параллельно и подсоединенные к выходу усилителя так, чтобы получить сумму сигналов обоих каналов, которая упранляет исполнительным механизмом f2)

Однако известное устройство обладает низкой точностью.

Цель изобретения — повышение точности устройства.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство для регулирования скорости двигателя, содержащее датчик скорости, первый корректирующий блок и элемент сравнения, выход которого подключен ко входам интегратора,блока пропорционального регулирования и дифференцирующего блока, второй 3$ вход — к выходу задатчика скорости, а третий вход через преобразователь импульса нагрузки — к выходу измерителя мощности, а также исполнительный механизм, введены дополнитель- 2О ные корректйрующие блоки, сумматор и последовательно соединенные задатчик огорных напряжений и блок задания режимов, причем второй вход блока задания режимов подключен к выхо- 2$ ду измерителя мощности, а первый, второй и третий выходы — соответственно ко вторым входам интегратора, блока пропорционального регулирования и дифференцирующего блока, выход интегратора соединен с первым входом сумматора, выход блока пропорционального регулирования соединен через второй корректирующий блок с третьим входом блока задания режимов и вторым входом сумматора, выход дифференцирующего блока соединен через третий корректирующий блок с третьим входом сумматора, выход которого подключен ко входу исполнительного мехадам интегратора 5, блока 6 пропорционального регулирования и дифференцирующего блока 7, выход интегратора

5 соединен с первым входом сумматора

14, выход блока б пропорционального регулирования соединен через второй корректирукщий блок 12 с третьим входом блока 16 задания режимов и вторым входом сумматора 14, выход дифференцирующего блока 7 соединен через третий корректирующий блок 13 с третьим входом сумматора 14, выход которого подключен ко второму входу исполнительного механизма 11, а четнертый и пятый выходы блока 16 задания режимов подключены соответственно ко второму и третьему входам каждого корректирующего блока 3, 12 и 13, Каждый корректирующий блок 3 (12,13) включает в себя фильтр 17 и форсирующий элемент

18, подключенные к соответствующим нходам.элемента 19 суммирования, причем выход элемента 19 суммирован ия я вляется выходом корректирующего блока

3 (12, 13), первые входы фильтра 17 и форсирующего элемента 18 являются первыми входами корректирующего блока 3 (12, 13), второй вход фильтра 17 является вторым входом корректирующего блока 3 (12, 13), а второй вход формирующего элемента 18 является третьим входом корректирующего блока

3 (12, 13) .

Устройство для регулирования скорости двигателя работает следующим образом, Сигнал задания скорости двигателя

1 поступает с задатчика 8 на второй вход элемента 4 сравнения ° На его второй вход поступает через фильтр

17 и элемент 19 суммирования первого корректирующего блока 3 сигнал с датчика 2 скорости.

При изменении нагрузки на третий вход элемента 4 сравнения также поступает сигнал с преобразователя 9 импульса нагрузки, Сигнал рассогласования между заданным и действительным значением скорости и сигналом, формирующимся при изменении нагрузки с выхода элемента 4 сравнения поступает на интегратор 5, блок б пропорционального регулирования и дифференцирующий блок 7.

С выхода интегратора 5 сигнал поступает на первый вход сумматора

14, На его второй вход поступает сигнал через фильтр 17 нторого корректирующего блока 12 с блока б пропорционального регулирования, à íà его третий вход сигнал поступает с дифференцирующего блока 7 через фильтр

17 третьего корректирующего блока 13. Управляющий сигнал с сумматора 14 воздействует на исполнительный механизм 11, который управляет подачей топлива двигателя 1, 798748

Сигнал с выхода блока 6 пропорционального регулирования через фильтр

17 второго корректирующего блока 12 поступает на второй вход сумматора

14 и на третий вход блока 16 задания режимов. Блок 16 задания режимов в соответствии с эадатчиком 15 опорных напряжений управляет коэффициентами передачи, постоянной времени интегратора 5 и дифференцирующего блока 7 и управляет уровнями настройки нелинейной характеристики блока б пропорционального регулирования.

Управление коэффициентом передачи интегратора 5 происходит следующим образом.

При достижении некоторого уровня сигнала, обусловленного эадатчиком

15 опорных напряжений, блок 16 задания режимов срабатывает и своим выходным сигналом уменьшает коэффициент передачи интегратора 5. 20

Уменьшение коэффициента передачи интегратора 5 исключает возможность обратной величины перерегулирования и это ведет к уменьшению времени переходного процесса и улучшению качест-25 на регулирования.

Исключение обратной величины перерегулирования достигается следующим.

При повышении с и гнала с выхода второго корректирующего блока 12 опор-Э ной величины, определенной з адатчиком 15 опорных напряжений, блок 16 з адани я режимов умен ьшает коз ффициент передачи интегратора 5, величина коэффициента передачи которого больше, чем коэффициент передачи блока б пропорционального регулирования на установиншемся режиме работы двигателя 1.

Таким образом, влияние интегра- 40 тора 5 после какого-то времени с началй переходного процесса исключается.

К окончанию переходного процесса при достижении значения сигнала на 45 выходе второго корректирующего блока

12 опорной величины, определенной задатчиком 15, блок 16 увеличивает коэффициент передачи интегратора 5, Сигнал с выхода интегратора 5 быст- О ро достигает необходимоro значения для установившегося режима, не принимая избыточной величины, исключая, таким образом, обратную неличину перерегулирования переходного процесса, улучшая качество регулирования.

Кроме того, наличие такой структуры позволяет для установившегося режима устанавлинать значение коэффициента передачи по интегрирующей составляющей, по крайней мере, в 2 раза 93 больше, при этом увеличивается чувствительность системы при наличии необходимого.запаса устойчиности системы.

Управление уровнем настройки нелинейной характеристики блока б пропор- 45 ционального регулировани я происходит следующим образом.

В соотнетствии с уровнем сигнала с выхода измерителя 10 мощности, пропорционального нагрузке двигателя 1, определенной задатчиком 15, блок 16 изменяет уровни настройки блока б пропорционального регулирования.

Уровни настройки блока пропорционального регулирования, обусловленные задат цюком 15,и нагрузкой на двигателе 1, определяют начальную зону

его статической характеристики до ее точек излома, Статическая характеристика блока

6 пропорционального регулирования в начальной зоне имеет минимальный коэффициент передачи относительно других зон, при.превышении сигнала с выхода элемента 4 сравнения значения, определенного точками излома, коэффициент передачи блока б увеличивается, что приводит к непропорциональному изменению подачи топлива в двигатель 1.

Уменьшение эоны, определенной точками излома на статической характеристике блока 6, происходит при увеличении нагрузки, а увеличение этой зоны — при уменьшении нагрузки на двигателе 1.

Таким образом, такое управление уровня настройки блока б позволяет исключить влияние помехи по сигналу скорости, величина которой является функцией нагрузки на двигателе 1, при этом чувствительность всего устройства н целом на всех нагрузочных режимах остается высокой, и уменьшить динамическую ошибку и время переходного процесса, улучшая качество регулиро-.. вания.

Одновременно с изменением коэффициента передачи интегратора 5 блок

16 изменяет коэффициент передачи дифференцирующего блока 7.

Срабатывание блока 16 изменяет коэффициент передачи дифференцирующего блока 7, увеличивая его. Это увеличение коэффициента передачи происходит только при больших отклонениях скорости двигателя 1 от установившегося значения, К окончанию переходного процесса происходит уменьшение коэффициента передачи дифференцирующего блока 7, Таким образом, изменение коэффициента передачи диффеРенцирующего блока 7 обеспечивает оптимальный характер конца переходного процесса при нелинейном объекте управления (двигателе внутреннего сгорания). При этом сигнал с его выхода практически не оказывает влияния на подачу топлива в установившемся режиме.

Кроме того, наличие такой изменяемой структуры позволяет исключить

798748 влияние дифференцирующего блока 7 на у"тановившемся режиме, что приводит к уменьшению разброса по цикловой подаче топлива и увеличению запаса устойчивости системы в целом.

Управление интегратором 5 и дифференцирующим блоком 7 увеличивает быстродействие системы в целом и обеспечивает переходнь1й процесс по оптимальной траектории, т.е. беэ обратной величины перерегулирования.

Все это улучшает качество регулирования.

Фильтры 17 включаются блоком 16 при значениях сигналов с выхода блока 6 пропорционального регулирования или измерителя 10 мощности, превыша- 1Ъ ющих заданные опорные величины, и выключаются при значениях сигнала менее опорных величин или через интервал времени, заданный в блоке 16, при определенной величине перепада 20 нагрузки.

Выходные сигналы. блока 16 изменяют коэффициенты передачи и постоянные времени фильтров 17.

Уменьшение коэффициентов передачи р5 фильтров 17 и форсирующих элементов

1С или их исключение из структуры устройства происходит по сигналу с блока 6 пропорционального регулирования, 30

С другой стороны, форсирующие уст- ройства 18 осуществляют дополнительное формирование или увеличение скорости по цикловой подаче топлива, что, соответственно, уменьшает динамическую ошибку и время переходного процесса, улучшая качество регулирования.

Таким образом, блок 16, изменяя коэффициенты передачи интегратора 5, блока 6 пропорционального регулирова- 40 ння и дифференцирующего блока 7, и управляя корректирующими блоками 3, 12 и 13, формирует сигнал воздействия оптимального значения на исполнительный механизм )1 максимально быст- ф5 ро.

B результате, предлагаемое устройство может быть инвариантным (не за висящее от возмущения) во всем диапазоне изменения нагрузок, что увеличивает сферу применения такого регулятора и устраняет необходимость разработки ряда регуляторов не только для различных двигателей внутрен— него сгорания, но и для регуляторов близких по назначению для других объектов регулирования.

Формула изобретения

Устройство для регулирования скорости двигателя, содержащее датчик скорости, первый корректирующий блок и элемент сравнения, выход которого подключен ко входам интегратора, блока пропорционального регулирования и дифференцирующего блока, второй вход — к выходу эадатчика скорости, а третий вход через преобразователь импульса нагрузки — к выходу измерителя мощности, а также исполнительный механизм, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности устройства, в него введены дополнительные корректирующие блоки, сумматор и последовательно соединен— ные задатчик опорных напряжений и блок задания режимов, причем второй вход блока задания режимов подключен к выходу измерителя мощности, а первый, второй и третий выходы — соответственно ко вторым входам интегратора, блока пропорционального регулирования и дифференцирующего блока, выход интегратора соединен с первым входом сумматора, выход блока пропорционального регулирования соединен через второй корректирующий блок с третьим входом блока эацания режимов и вторым входом сумматора, выход дифференцирующего блока соединен через третий корректирующий блок с третьим входом сумматора, выход которого подключен ко входу исполнительного механизма, а четвертый и пятый выходы блока задания режимов подключены соответственно ко второму и третьему входам каждого корректирующего блока, Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1, Авторское свидетельство СССР

9 511754, кл. G 05 Р 13/00, 19 !6, 2. Электронная двухимпульсная система автоматического регулирования частоты вращения дизель-генератора.

Реф. сб. Двигатели внутреннего сгорания . Иэд-во НИИИНФОРМТЯЖМАШ, Р 4-76-20, с. 1-4 (прототип).

798748

На руана

Составитель Л.Птенцова

Редактор Т.Кугрышева Техред E.Ãàâðûëåøêo

Корректор Г. Назарова

Филиал ППП Патент, r,Ужгород, ул.Проектная, 4

Заказ 10048/62 Тираж 951 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д.4/5