Лекція 6. Схеми і алгоритми програмно-адаптивних комплексних мпск

Програматори забезпечують оптимізацію перехідних процесів і вихід в околиці оптимальних настройок в усталених режимах.

Програми можуть бути задані у вигляді таблиць (матриць) або аналітично. Можлива і комбінація таблиці з аналітичною інтерполяцією проміжних значень. У всякому випадку початковими даними, принаймні, для первинних варіантів програм, повинні бути результати попередніх розрахунків або експериментальних досліджень конкретного зразка двигуна або будь-якого зразка того ж типу або прототипу. Початкові програми можуть до коректуватися за наслідками випробувань конкретного двигуна після його виготовлення в комплекті із СМК.

При матричному програмному керуванні додатково з'являється задача оптимізації числа осередків матриці шляхом компромісу між об'ємом пам'яті, швидкодією і точністю оптимізації.

Матрична форма дозволяє при накопиченні за наслідками пошукової адаптації деякого об'єму відкоректованих значень провести корекцію змісту осередків, відповідних проміжним режимам і режимам, на яких неможливі пошукові процедури. Це виконується за формулами, аналогічно аналітичному завданню програми. Власне в цьому перш за все і полягає аналітична адаптація в керуванні двигунами.

Оптимальна комбінація матричної і аналітичної форм задання програм адаптації.

 

Для більшості дизелів з безпосереднім уприскуванням палива характерне монотонне збільшення із зростанням навантаження оптимальних значень випередження і тиску впорскування. Для кожної частоти обертання при оптимальних випередженні і тиску уприскування Вхідний сигнал регулятора частоти аналогічно пов'язаний з навантаженням. Тому оптимальні значення випередження і тиск уприскування, що видаються програматорами як завдання локальним системам керування, однозначно пов'язані з частотою обертання і вихідним сигналом регулятора частоти. Ці залежності є основними і, в першому наближенні, достатніми для програм адаптації. Аналогічний характер мають функціональні залежності завдань і ряду інших параметрів від частоти і вихідного сигналу регулятора частоти.

Повнішу ніж на рис.4.2 узагальнену схему системи програмного керування двигуном, яка забезпечує адаптацію в функції частоти обертання і вихідного сигналу регулятора частоти, подано на рис.4.3.

Основний контур схеми – система керування частотою обертання разом з регулятором частоти і двигуном. Вхідний сигнал системи u _зч характеризує задану частоту обертання n _з. Він поступає від задавача режиму роботи двигуна, в простішому випадку від давача положення педалі керування. Вихідний сигнал – дійсна частота обертання n.

В двигуні показано тільки дві системи: електронна акумуляторна паливна система ЕАПС і електронна система газообміну. Тепломеханічна частина є сукупністю теплової і механічної ланок.

За діючими в системі керування частотою вихідними сигналами елементів u _ч і u _дч, в разі потреби, в мікроконтролері можуть бути обчислені похідні цих сигналів.

Формувач алгоритму регулювання чатоти (ФАРЧ) за відхиленням частоти, визначеному як u _зч– u _дч, відповідно до заданого алгоритму обчислює u _ф. Алгоритм регулювання вибирається із умов найшвидшого і з мінімальними коливаннями зменшення відхилення до допустимого рівня обмежувача, для виключення недопустимих подач палива виділяє із сигналу u _ф частину u _ч, яка не перевищує рівня, що встановлюється на підставі аналізу інфомації від інших систем керування. Формувач-розподілювач керуючих імпульсів (ФРІ) відповідно з u _ч формує пакет керуючого імпульсу (тривалість імпульсів і пауз між ними) і розподіляє їх в заданому порядку чередності по форсунках, які створюють необхідні подання палива в циліндри.

Рис. 4.3. Система програмно-адаптивного керування двигуном з автоматичним регулюванням частоти обертання і акумуляторною паливною системою: регулятори частоти: ФАРЧ – формувач алгоритму регулювання частоти; ФРІ –формувач-розподілювач керуючих імпульсів; ОБ – обмежувач подачі палива; ВЧ – вимірювач частоти обертання; ДПВ –давач положення колінчастого (розподілювального) валів; двигун: ЕАПС – електронна акумуляторна паливна система; ЕСГО – електронна система газообміну; ТМЧ –теплова і механічна частини; програмно-адаптивні системи автоматичного регулювання: САРВ – випередження; САРТП – тиску палива в акумуляторі; САРТН – тиску наддуву; САРКЦ – кількість працюючих циліндрів; u _зч – вхідний сигнал (задання) регулятора частоти; вихідні сигнали: u _ф – ФАРЧ; u _ч – ОБ; u _дч – ВЧ; t _к – ФРІ (тривалість керуючого імпульса); q _ц – ЕАПС (циклова подача палива); n – дійсна частота обертання двигуна; q _в – САРВ (випередження впорскування); p _а – САРТП (тиск палива в акумуляторі); p _н – САРТН (тиск наддуву); і –САРКЦ (кількість працюючих циліндрів)

З представлених на рис.4.3, як приклади, програмно-адаптивних систем керування САРВ і САРКЦ – розімкнені, а САРТП і САРТН – замкнуті.

Для вироблення і корекції програм адаптації в ці і аналогічні їм вторинні системи (не вказані на рис. 4.3) з системи керування частотою подаються вихідний сигнал регулятора частоти, дійсна частота обертання і їх похідні. У кожному циклі роботи циліндрів програматори вторинних систем формують завдання своїм регуляторам. В результаті на кожному режимі роботи двигуна виробляється оптимальне або, в усякому разі, близьке до нього поєднання всіх керуючих дій.

Також може бути організована програмна адаптація в керування зв'язаними з двигуном агрегатами силової установки, наприклад, коробкою зміни передач.

Для підвищення якості керування завданнями локальних регуляторов програматори повинні враховувати не тільки частоту обертання і вихідний сигнал регулятора частоти. У загальному випадку вимагається враховувати також параметри двигуна і середовища, вимагаючі зміни оптимальних настройок. Це можуть бути вихідні параметри двигуна, параметри повітря, охолоджуючих середовищ і інших агрегатів силової установки. У перехідних процесах бажане використовування в програмах і знання похідних всіх або частини контрольованих параметрів.

У бензинових двигунах автоматичне регулювання частоти обертання здійснюється тільки на частині режимів. Вимоги до якості регулювання частоти обертання бензинових двигунів автомобілів істотно нижче, ніж для дизелів. Тому використовування САРЧ, навіть якщо вона і є у складі мікроконтролера, як ведучої є обмежене. Оскільки ця особливість МПСК більшості бензинових двигунів утрудняє організацію в їх складі пошукових адаптивних систем, програмна адаптація є основною в адаптивному керуванні бензиновими двигунами, а пошукова адаптація використовується в локальних контурах. Узагальнена спрощена схема МПСК бензиновим двигуном представлена на рис. 4.4.

Рис. 4.4. Узагальнена схема МПСК бензиновим двигуном

ДПС – давачи параметрів середовища; З – задавач режиму роботи двигуна (положення педалі керування); ЕКФ – електрокеровані форсунки; V _ц – циклова подача палива; n – частота обертання; l – вміст кисню у відпрацьованих газах; КЗ – котушка запалення; СЗ – свічка запалення; ЕМП – електромеханічний перетворювач, ВЗ – повітряна заслінка; G_п – витрата повітря; t _п– температура повітря; ДВП – давач витрати повітря; ДТП – давач температури повітря; ДЧО – давач частоти обертання; ДК – давач вмісту кисню (l – зонд); ДПД – давачи інших параметрів двигуна

У МПСК є замкнута (по відхиленню) система підтримки стехіометричного складу горючої суміші, що необхідне для ефективної роботи трикомпонентного каталітичного нейтралізатора ВГ. Зворотний зв'язок здійснюється по сигналу давача реагуючого на зміну вмісту вільного кисню в продуктах згорання (l – зонду). Склад суміші регулюється зміною подачі палива електромагнітними форсунками. Замкнута, принаймні, на холостому ходу і система регулювання частоти обертання. Вона змінює подачу повітря по обхідному каналу мимо закритої дросельної заслонки. Для регулювання прохідного перетину каналу використовують клапан, керований кроковим або моментним електричним двигуном.

У разі автоматичного регулювання частоти обертання двигуна при роботі під навантаженням, механічний зв'язок педалі водія з дросельною заслінкою розривається і МК за допомогою ЕМП керує положенням дросельної заслонки по сигналу задавача (3), встановленого на педалі водія.

Керування випередженням запалення здійснюється програмно по частоті обертання і витраті повітря (розрідженню в трубопроводі впускання, положенню дросельної заслінки) з урахуванням ряду збурюючих чинників. Оптимальні або близькі до них значення випередження запалення для всіх режимів роботи двигуна і з урахуванням збурень встановлюються експериментально при калібруванні МПСК. У систему керування випередженням запалення включено локально-замкнутий адаптивний контур, що зменшує кут випередження запалення у разі виникнення детонації. На рис. 4.4. давач детонації включено в ДПД.

 

Адаптивні процедури використовуються також для корекції програмного керування подачею палива з урахуванням зміни, в процесі експлуатації, характеристик вимірника витрати повітря і форсунок.

Локально-замкнуте керування застосовується при регулюванні температури в системі охолоджування для підтримки заданого тиску наддуву, обмеження граничної температури відпрацьованих газів перед турбокомпресором, підвищення точності керування рециркуляцією ОБ тощо.