автореферат диссертации по энергетическому, металлургическому и химическому машиностроению, 05.04.02, диссертация на тему:Использование закономерностей внутрициклового изменения угловой скорости коленчатого вала одноцилиндрового двигателя для регулирования частоты вращения генераторной установки

УДК 621.431-50(075.8)

004617999

Игошев Александр Сергеевич

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ЗАКОНОМЕРНОСТЕЙ ВНУТРИЦИКЛОВОГО ИЗМЕНЕНИЯ УГЛОВОЙ СКОРОСТИ КОЛЕНЧАТОГО ВАЛА ОДНОЦИЛИНДРОВОГО ДВИГАТЕЛЯ ДЛЯ РЕГУЛИРОВАНИЯ ЧАСТОТЫ ВРАЩЕНИЯ ГЕНЕРАТОРНОЙ УСТАНОВКИ

Специальность 05.04.02 «Тепловые двигатели»

АВТОРЕФЕРАТ

диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук

1 6 ДЕК 2010

Владимир 2010

004617999

Работа выполнена на кафедре «Тепловые двигатели и энергетические установки» Владимирского государственного университета

Научный руководитель:

доктор технических наук, профессор Драгомиров Сергей Григорьевич

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Марков Владимир Анатольевич

кандидат технических наук, старший научный сотрудник Евстигнеев Алексей Анатольевич

Ведущая организация:

ОАО «МЗАТЭ-2» (г. Москва).

Защита состоится « 28 » декабря 2010 г. в 14°° часов на заседании диссертационного совета Д 212.025.02 при Владимирском государственном университете по адресу: 600000, г. Владимир, ул. Горького, 87 (Тел./факс (4922) - 361-981; E-mail: dvs@vpti.vladimir.ru).

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке Владимирского государственного университета.

Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенные печатью, просим направлять по указанному адресу на имя ученого секретаря диссертационного совета.

Автореферат разослан «2S » ноября 2010 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

к.т.н., профессор

Ю. В. Баженов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы

На сегодняшний день одноцилиндровые поршневые двигатели занимают значительный сектор в общем объеме производства тепловых двигателей. Такими компаниями, как Yamaha, Honda, SDMO, Briggs&Stratton и др., ежегодно производится более 15 млн. шт. подобных двигателей для самых различных применений.

Значительная часть одноцилиндровых двигателей используется для привода электрогенераторов, которые широко применяются в качестве ос-новпых источников электроэнергии в условиях отсутствия централизованного электроснабжения, а также как резервные источники электропитания при отключении основной сети (в строительстве, сельском хозяйстве, в военной технике, в медицинских учреждениях, на автозаправочных станциях, при проведении аварийно-спасательных работ и др.). Анализ показывает перспективность автономных энергоисточников, доля которых по выработке электроэнергии в странах Европы в среднем уже приближается к 20%. При этом значительной популярностью сегодня пользуются установки мощностью 2... 15 кВт, выполняемые с использованием бензинового двигателя.

Основное требование, предъявляемое к генераторной установке, -поддержание заданной частоты вращения ее вала в допустимых пределах, от которой напрямую зависит стабильность частоты тока в сети (на выходе генератора). Для этой цели на двигатели устанавливают автоматические регуляторы частоты вращения вала, большинство из которых являются механическими. Такие регуляторы обладают целым рядом существенных недостатков: принципиальной невозможностью реализации сложных законов регулирования, изменяющимися в процессе эксплуатации параметрами элементов регулятора (жесткость пружин, мембран и т.п.), влиянием зазоров в соединениях и наличием сухого трения, инерционностью, вызванной массой подвижных элементов и др. Вместе с тем, процесс регулирования частоты вращения именно одноцилиндровых двигателей наиболее сложен из-за таких особенностей их работы, как значительная неравномерность частоты вращения вала в течение цикла, низкая частота управляющих воздействий (один раз за два оборота коленчатого вала), существенное (в сравнении с многоцилиндровыми двигателями) влияние неидентичности рабочих циклов и др. При регулировании бензиновых двигателей возникают такие проблемы, как пропуски воспламенения и значительная инерционность процессов смесеобразования. Все перечисленные факторы отрицательно сказываются на качестве работы системы автоматического регулирования (САР) частоты вращения вала одноцилиндрового двигателя.

В тоже время, «жесткая» конкуренция и непрерывно возрастающие требования со стороны заказчиков требуют от производителей постоянного улучшения основных характеристик двигателей и систем управления. Современными решениями в этой области являются оснащение двигателей микропроцессорными системами управления и электроприводом дрос-

сельной заслонки. Установка подобных систем позволяет реализовывать гибкую стратегию управления основными исполнительными устройствами двигателя и применять более сложные законы регулирования.

Вместе с тем следует отметить, что применение дополнительных электронных устройств и датчиков на одноцилиндровых двигателях нежелательно, т.к. приводит к существенному повышению стоимости последних.

Таким образом, актуальность работы определяется необходимостью решения проблемы повышения качества регулирования частоты вращения вала одноцилиндрового двигателя без существенного увеличения сложности и стоимости системы управления.

Цель работы - повышение качества регулирования частоты вращения вала одноцилиндрового двигателя, работающего в составе генераторной установки, путем введения контура обратной связи по нагрузке, определяемой косвенным способом.

Для достижения поставленной цели были решены следующие основные задачи.

1. Выполнен анализ существующих принципов и устройств для регулирования частоты вращения вала поршневого двигателя, исследована и обоснована возможность построения САР с обратной связью по нагрузке, определяемой по закономерностям внутрициклового изменения угловой скорости коленчатого вала.

2. Теоретически исследовано качество работы САР при различных законах регулирования с целью выбора наиболее эффективного из них.

3. Создана лабораторная моторная установка для исследования функционирования САР частоты вращения вала одноцилиндрового двигателя.

4. Разработан опытный образец САР, в которой реализовано регулирование частоты вращения коленчатого вала одноцилиндрового двигателя с введением контура обратной связи по нагрузке, определяемой косвенным способом.

5. Проведены экспериментальные исследования качества работы САР на переходных режимах работы двигателя при различных законах его регулирования и нагружения.

Методы и объект исследования

Теоретическое исследование качества работы САР частоты вращения вала двигателя при различных законах регулирования проводились с использованием программного комплекса МАТЬАВ. Экспериментальное исследование проводилось на одноцилиндровом четырехтактном бензиновом двигателе Т-520К, оснащенном опытной электронной системой управления топливоподачей, зажиганием и электроприводом дроссельной заслонки.

Научная новизна работы заключается в следующем:

• впервые осуществлено регулирование частоты вращения коленчатого вала одноцилиндрового двигателя с введением контура обратной связи по нагрузке, определяемой косвенным способом;

• показана качественная эквивалентность прямого измерения нагрузки двигателя и ее косвенного определения по закономерностям внутри-циклового изменения угловой скорости коленчатого вала;

• на основе результатов математического моделирования САР частоты вращения вала двигателя показано, что регулирование только по отклонению частоты вращения вала не является достаточно эффективным и для повышения качества регулирования необходимо иметь информацию о нагрузке двигателя;

• получены экспериментальные данные о качестве работы САР с обратной связью по нагрузке, определяемой по закономерностям внутрицик-лового изменения угловой скорости коленчатого вала.

Практическую ценность работы представляют:

• разработанная опытная электронная САР частоты вращения вала одноцилиндрового бензинового двигателя;

• реализованный способ регулирования частоты вращения коленчатого вала одноцилиндрового двигателя с использованием косвенного определения нагрузки по закономерностям внутрициклового изменения угловой скорости коленчатого вала;

• лабораторная моторная установка для исследования функционирования САР частоты вращения вала одноцилиндрового двигателя.

Основные положения, выносимые на защиту:

• результаты теоретического исследования качества работы САР при различных законах регулирования;

• обоснование и практическая реализация способа косвенного определения нагрузки одноцилиндрового двигателя, основанного на закономерностях внутрициклового изменения угловой скорости вала, в контуре регулирования частоты его вращения;

• результаты экспериментальных исследований качества работы САР на стационарных и переходных режимах работы двигателя при различных способах регулирования частоты вращения вала.

Достоверность результатов работы и обоснованность научных положений обусловливается:

- применением общих уравнений теории автоматического управления, а также подтверждением с помощью экспериментальных данных результатов моделирования переходных процессов при работе двигателя в составе генераторной установки;

- проведением экспериментальных исследований с применением поверенных и аттестованных современных измерительных приборов и оборудования.

Реализация результатов работы

Результаты диссертационного исследования используются в научно-исследовательских и опытно конструкторских работах, проводимых ЗАО «Эридан» (г. Москва).

Опытный образец электронной САР применяется в учебном процессе на кафедре "Тепловые двигатели и энергетические установки" Владимирского государственного университета.

Апробация работы

Основное содержание диссертационной работы и ее результаты были представлены на:

• I Всероссийской научно-технической конференции студентов и аспирантов «Идеи молодых - новой России» (Тула, 2004 г.);

• I Всероссийской научно-технической конференции «Мехатроника, автоматизация, управление» (Владимир, 2004 г.);

• Международном симпозиуме «Электроника и электрооборудование транспорта» (Суздаль, 2005 г.);

• Международной научно-технической конференции «Проектирование, испытания, эксплуатация транспортных машин и транспортно-технологических комплексов» (Нижний Новгород, 2005);

• XI Международной студенческой олимпиаде «Балтийская олимпиада по автоматическому управлению ВОАС'Об» (Санкт-Петербург, 2006 г.);

• IX, X и XII Международной научно-практической конференции «Фундаментальные и прикладные проблемы совершенствования поршневых двигателей» (Владимир, Влад. гос. ун-т, 2003, 2005, 2010 гг.);

• XIII Международной научно-практической конференции "Актуальные проблемы эксплуатации автотранспортных средств» (Владимир, 2009);

• научно-технических семинарах кафедры «Тепловые двигатели и энергетические установки» Владимирского государственного университета.

Публикации

По теме диссертационной работы опубликовано 10 научных работ, из них 1 — в журнале, рекомендованном ВАК РФ.

Объем и.содержаииеработы

Диссертация состоит-из-введения,, четырех, глав, основных результатов и выводов, заключения, библиографического списка. Общий объем работы составляет 133 страницы и включает - 86 рисунков и 8 таблиц, список литературы из 82 наименований (в том числе -17 зарубежных источников).

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении кратко излагается суть решаемой в рамках диссертационной работы проблемы, отражается ее актуальность, указываются цель и задачи, характеризуются научная новизна и практическая ценность исследования.

Первая глава посвящена обзору существующих автоматических регуляторов частоты вращения вала поршневого двигателя, а также общему анализу применяемых принципов регулирования двигателей. Рассмотрены

проблемы регулирования одноцилиндровых двигателей, обоснована актуальность работы, сформулирована цель и поставлены задачи исследования.

Эффективность работы любой САР определяется, прежде всего, совершенством применяемого автоматического регулятора. Проведенный анализ технической литературы показал, что на сегодняшний день существует множество регуляторов, отличающихся как по устройству, так и по принципу действия. До последнего времени для регулирования частоты вращения одноцилиндровых двигателей в основном применялись механические регуляторы, реализующие простейшие законы регулирования. Механические регуляторы, использующие сложные законы регулирования являются весьма громоздкими, менее надежными и значительно более дорогими, вследствие чего на дешевые одноцилиндровые двигатели практически не устанавливаются. Однако процесс регулирования именно одноцилиндровых двигателей отличается наибольшей сложностью, поскольку связан с такими их особенностями как значительная неравномерность частоты вращения вала в течение цикла, межцикловая неидентичность показателей, низкая частота управляющих воздействий (один раз за два оборота коленчатого вала) и др. В результате качество работы САР одноцилиндровых двигателей значительно ухудшается.

Для повышения эффективности систем регулирования необходимо как совершенствование исполнительных устройств системы, так и применение более сложных стратегий и законов регулирования. Анализ научной литературы показывает, что большинство современных систем управления поршневым двигателем (системы топливоподачи, зажигания и др.) имеет электронное управление на основе микропроцессорной техники. В настоящее время применение подобных систем, например, в автомобильной промышленности, носит массовый характер, что способствует неуклонному снижению стоимости электронных компонентов и повышению их надежности. Применение микропроцессорных систем позволяет реализовать более сложные законы регулирования, обеспечивающие высокое качество работы САР.

Рассматривая общие принципы управления бензиновым двигателем, следует отметить определенную его специфику как объекта управления. К особенностям регулирования поршневых двигателей относятся: нелинейность их характеристик, нестационарность режимов работы, дискретность протекания рабочих процессов, стохастичность и нестационарность основных показателей, многомерность двигателя как объекта управления, наличие случайных возмущений и др.

В главе приведены классификация (по принципам построения, наличию усиления, диапазону регулирования, по измеряемым параметрам и

показателям, по наклону статической характеристики) и анализ систем регулирования поршневых двигателей.

Материалы 1-й главы позволили сформулировать цель диссертационного исследования и его задачи.

Вторая глава посвящена теоретическому исследованию качества работы САР частоты вращения вала двигателя при различных законах регулирования.

Эффективность системы регулирования определяется основными показателями качества ее переходных процессов. К таким показателям относятся статическая и динамическая ошибки, а также время регулирования (ГОСТ Р ИСО-8528-5-2005).

С помощью программного комплекса МАТЬАВ была создана математическая модель САР, позволяющая определять характеристики переходных процессов системы в зависимости от законов и алгоритмов регулирования, закона изменения нагрузки, параметров двигателя и других факторов. Модель состоит из следующих основных функциональных блоков (рис. 1): ЗАДАННОЕ ЗНАЧЕНИЕ, РЕГУЛЯТОР различные комбинации пропорциональной, интегральной и дифференциальной составляющей), ДВС, НАГРУЗКА, ШУМ и ОСЦИЛЛОГРАФ.

Ег

Рис. 1. Функциональная схема разработанной модели САР

Для математического описания двигателя как объекта регулирования по частоте вращения применялся широко используемый в теории автоматического управления аппарат передаточных функций (ПФ). Применение ПФ при анализе системы регулирования обусловлено ее наглядностью, т.к. каждый коэффициент функции имеет определенный физический смысл.

Основное преимущество Г1Ф состоит в том, что она позволяет описать связь между регулируемым и регулирующим параметрами. Для определения коэффициентов ПФ существуют аналитические и экспериментальные методы. Основное достоинство экспериментального подхода состоит в том, что полученные зависимости описывают не только свойства элементов, входящих в систему регулирования, но и учитывают особенности взаимосвязей этих элементов между собой.

В качестве регулирующего канала в бензиновом двигателе, работающего в составе генераторной установки, могут использоваться угловое положение дроссельной заслонки, угол опережения зажигания или цикловая подача топлива. Из всех перечисленных каналов обычно выбирают тот, который обеспечивает максимальное изменение регулируемой величины, то естьжоэффициент усиления по выбранному каналу должен быть максимальным. В этом случае с помощью данного канала можно реализовать наиболее точное регулирование. Диапазон допустимого изменения управляющего сигнала должен быть достаточным для полной компенсации максимально возможных возмущений, возникающих в процессе регулирования, то есть следует обеспечить запас возможностей управления по данному каналу. Также выбранный канал должен обладать малым запаздыванием, а изменение статических и динамических свойств объекта по выбранному каналу при изменении нагрузки должны быть незначительными.

Для бензинового двигателя подобньм регулирующим каналом является угловое положение дроссельной заслонки.

Для определения коэффициентов ПФ двигателя была проведена серия экспериментов (ПФ определялись по динамике разгона двигателя). Кривые разгона получены путем ступенчатого изменения угла открытия дроссельной заслонки при значениях нагрузки 0, 25, 50 и 100% от максимальной. Шаг по углу открытия дроссельной заслонки выбирался таким образом, чтобы обеспечить изменение частоты вращения вала двигателя от 1500 до 2500 мин"1, то есть в зоне регулируемого значения частоты (2000 мин"1).

В результате анализа кривых разгона получена следующая передаточная функция двигателя:

0)

где К - коэффициент усиления, р = ~ — оператор дифференцирования. Зависимость коэффициента усиления К передаточной функции от момента сопротивления нагрузки Мс описывалась следующим полиномом: К =0,066Л// -3,877Мс +89,34. Значение постоянной времени в зависимости от нагрузки изменялось незначительно и поэтому принято постоянным.

Блок НАГРУЗКА позволял моделировать различные законы нагруже-ния двигателя.

Блок ЗАДАННОЕ ЗНАЧЕНИЕ предназначен для формирования задающего воздействия (по), значение которого необходимо поддерживать. Наличие обратной связи позволяет определить рассогласование е = По - п. Величина рассогласования подается на РЕГУЛЯТОР, определяющий необходимое воздействие на объект регулирования. Система работает так, чтобы все время сводить к нулю рассогласование е.

Уровень информационного шума составляет величину около 0,3% от полезного сигнала и имитирует такие особенности двигателя, как крутильные колебания и неравномерность частоты вращения вала втечение цикла.

Блок РЕГУЛЯТОР позволял реализовывать следующие законы регу-

тттт ,„ , , 0,3 р +0,1 лирования: - ИИ-регулирование \¥п г (р) = -;

Р

гпхтт , , 0,Зр + 0Д + 0,05р2

- ПИД-регулирование 1Уе/т (р) = —:-:——,

Значение коэффициентов регулятора определены по методике Цидле-ра и позволяют реализовать апериодический процесс регулирования.

Таким образом, передаточная функция замкнутой САР по управляющему воздействию примет вид:

1 -Мдвс(р)\УРЕГ{р)

Для анализа возможностей регулирования на основе нечеткой логики (блок КОНТРОЛЛЕР НЕЧЕТКОЙ ЛОГИКИ) использовались три лингвистические переменные - две входных и одна выходная. Входными переменными являлись пропорциональная и дифференциальная составляющая сигнала рассогласования е, в качестве выходной переменной было принято угловое положение дроссельной заслонки. Значения пропорциональной составляющей описывалось пятью треугольными термами, дифференциальной - тремя. Для описания выходной переменной было применено пять треугольных термов. База правил содержала 28 продукционных правил, связывающих лингвистические переменные. Дефаззификация осуществлялась но алгоритму Мамдани.

С помощью переключателей в модели САР (см. рис.1) имелась возможность моделировать комбинированный регулятор, который одновременно реализовывал управляющее воздействие по отклонению частоты вращения вала двигателя и по его нагрузке. При регулировании по отклонению применялся ПИ-закон регулирования, а воздействие, учитывающее нагрузку на двигатель, являлось функциональной зависимостью углового положения дроссельной заслонки от нагрузки и частоты вращения вала, полученной на статических режимах работы двигателя. При этом алгоритм

расчета необходимого углового положения дроссельной заслонки ср при комбинированном регулировании (рис.2) реализовывался с использованием найденного полинома: р = 0,0207Л/С2 + 2,Ю77Л/с +5,9129.

Эффективность перечисленных законов регулирования определялась путем сравнения основных показателей качества переходных процессов САР (табл. 1).

При сравнении ПИ- и ПИД-регулирования, а также нечеткого регулятора, наиболее эффективным оказался ПИД-регулятор. Однако наличие в регулируемой величине высокочастотных составляющих отрицательно сказывается на дифференциальном канале регулятора, что приводит к появлению колебаний в процессе регулирования. При попытках подавить колебательные процессы путем уменьшения коэффициента при дифференциальной составляющей регулятора, показатели качества приближаются к значениям при ПИ-регулировании. Применение регулятора на основе нечеткой логики также незначительно повышает качество переходных процессов, поскольку он оперирует только пропорциональной и дифференциальной составляющими сигнала рассогласования е. Это обусловлено тем, что при составлении базы правил необходимо определить зависимости между термами входных и выходной лингвистических переменных. Однако только для пропорциональной и дифференциальной составляющей регулятора известны значения, к которым они должны стремится (ноль) для завершения переходного процесса САР. Значе-

Рис. 2. Ачгоритм расчета требуемого углового положения дроссельной заслонки

Табл. 1

Основные показатели качества переходных процессов

Законы регулирования Время переходного процесса, с Динамическая ошибка регулирования, %

ПИ-регулирование 1,8 6

ГГИД-регулирование 1,6 4,6

Комбинированное Регулирование 0,8 2,5

Нечеткое Регулирование 1,7 4,7

ние интегральной составляющей, определяющей конечное положение дроссельной заслонки, остается неизвестным, так как зависит от величины нагрузки двигателя, которая непрерывно изменяется. Следовательно, применение нечеткого регулирования наиболее эффективно в тех случаях, когда известны заданные законы изменения координат объекта регулирования во времени в процессе эксплуатации (например, в робототехнике).

Основной недостаток регулирования по отклонению состоит в том, что для начала формирования управляющего воздействия на двигатель частота вращения вала должна отклонится от заданной уставки.

Результаты моделирования показали, что более эффективной является САР на основе комбинированного регулирования, что объясняется удачным сочетанием достоинств как замкнутой, так и разомкнутой систем регулирования и возможностью мгновенно реагировать на изменение момента сопротивления (нагрузку) путем увеличения быстродействия при определении необходимого углового положения дроссельной заслонки.

Третья глава посвящена описанию создания электронной САР частоты вращения вала поршневого одноцилиндрового двигателя, работающего в составе генераторной установки.

При этом был выполнен анализ аналогичных разработок в мировой индустрии, который показал, что во всех случаях при построении САР для определения нагрузки двигателя используют либо положение дроссельной заслонки, либо электрические параметры генератора. Прямое измерение нагрузки (по величине крутящего момента) практически не используется ввиду сложности и высокой стоимости аппаратуры для этой цели.

В основу концепции построения САР положено использование косвенного способа определения нагрузки - по закономерностям внутрицик-лового изменения скорости вращения коленчатого вала двигателя.

При анализе неравномерности вращения вала двигателя выделено два уровня рассмотрения:

• межцикловой (закономерности вращения вала анализируются на протяжении определенного множества циклов);

• внутрицикловой (особенности вращения вала изучаются в пределах одного цикла).

Применяемые до настоящего времени способы оценки качества работы двигателя по показателям межцикловой неравномерности вращения вала являются довольно трудоемкими и недостаточно информативными. Общепринятого показателя для диагностики и управления двигателем, определяемого по межцикловой неравномерности вращения вала, не существует.

В то же время закономерности внутрицикловых изменений угловой скорости вращения вала, как показали наши исследования, довольно информативны и могут быть использованы для целей управления.

На этапе разработки элекгронной САР частоты вращения вала были исследованы возможности косвенного определения нагрузки, в частности, по внутрицикловым изменениям угловой скорости вала. Показано, что таким путем возможно получить информацию о величине нагрузки, причем, без усложнения аппаратной и программной частей системы регулирования.

Суть косвенного способа определения нагрузки поршневого двигателя* заключается в том, что в качестве критерия нагрузки принята амплитуда первой гармоники квадрата мгновенной угловой скорости коленчатого вала. Параметры гармоники были получены путем тригонометрического преобразования Фурье. На рис. 3 представлены кривые изменения частоты вращения вала одноцилиндрового двигателя, полученные экспериментальным путем, а также первая гармоника как функция угловой скорости. Кривые изменения параметров получены за период одного цикла (2-х оборотов вала) четырехтактного двигателя.

о), рахс 128

127 126 125 124 123 122 121

128

Расширение выпуск Впуск Сжатие

/? /

Ч

/ / \ / /

V / ч. ^ /

Л / \ /\ л

/ ^ \ /

Ст,(рад/с) 2

1

О

-1

Рис. 3. Изменение угловой скорости коленчатого вала двигателя Т-520К

и ее первой гармоники в пределах одного цикла (двух оборотов вала)

180

720

¡р, ШЯ

360 540

На основе полученных экспериментальных данных установлена зависимость значения нагрузки от величины указанной амплитуды первой гармоники квадрата мгновенной угловой скорости коленчатого вала (рис. 4).

Данная закономерность носит линейный характер и практически не зависит от частоты вращения вала двигателя. Найденную закономерность можно отнести к особенностям кинематики поршневого двигателя.

Специально проведенные эксперименты на двигателе с прямым измерением нагрузки (с помощью тензометрической балочки) и с ее косвенным определением (по амплитуде первой гармоники квадрата мгновенной уг-

* Применение данного способа предложено на кафедре двигателей ВлГУ к.т.н. доцентом П.В.Абрамовым и исследовано совместно с ним.

ловой скорости коленчатого вала) позволили установить, что различие между результатами, полученными этими принципиально разными путями, не превышает 3,5%.

у !

------------ у

/ «.5 ши5:

п< у »2000 Т2300

Рис. 4. Зависимость нагрузки Мс двигателя от амплитуды первой гармоники квадрата мгновенной угловой скорости коленчатого вша (одноцилиндровый двигатель Т-520К)

400 600 800 1000 1200 1400

С,м,<рал/с)г

При разработке электронной САР частоты вращении вала двигателя была определена ее структурная схема, выявлено количество необходимых датчиков и исполнительных устройств. При проектировании САР учитывались такие параметры системы, как число входных и выходных каналов, допустимая погрешность датчиков, требуемые законы регулирования, степень дискретности, особенности объекта регулирования. Исходя из этого, был выбран основной элемент системы - микропроцессор, обеспечивающий необходимое быстродействие и реализующий алгоритмы управления и настройки САР. Основными датчиками системы являлись датчик частоты вращения вала двигателя и датчик, позволяющий измерять нагрузку двигателя. По текущим значениям частоты вращения вала двигателя и нагрузке определялся угол открытия дроссельной заслонки, цикловая подача топлива, угол опережения зажигания и момент начала впрыска топлива. Для измерения частоты вращения использовался оптический датчик, который работал со спецдиском из оргстекла с затемненными секторами. Для прямого измерения нагрузки двигателя применялся датчик усилия с тензометрической балочкой. Эти два решения позволяли регистрировать мгновенные значения, как частоты вращения вала, так и крутящего момента.

К каналам управления двигателем относятся подсистемы зажигания, топливоподачи и управления дроссельной заслонкой. Основные элементы перечисленных подсистем управления представлены на схеме (рис. 5).

Разработанная оригинальная система управления одноцилиндровым бензиновым двигателем Т-520К (производство ОАО «АК Туламашзавод»), позволяющая осуществлять функцию регулирования (стабилизации) ча-

стоты вращения вала, прошла комплекс испытаний и исследований в составе специально созданного для этого моторного стенда.

Четвертая глава посвящена описанию экспериментальных исследований по поиску определенных стратегий регулирования, обеспечивающих необходимое качество процесса регулирования одноцилиндрового двигателя, работающего в составе генераторной установки.

Для проведения этих исследований бьГл создан специализированный моторный стенд, оснащенный соответствующей аппаратурой. В качестве тормозного устройства на моторном стенде применялся индукторный дисковый тормоз фирмы БИепк номинальной мощностью 25 кВт. Тормоз имел водяное охлаждение. Управление тормозом велось электросиловым блоком.

Исследования и анализ переходных процессов САР проводились при использовании следующих законов регулирования:

- ПИ-регулирование;

- комбинированное регулирование по скорости и нагрузке, измеренной прямым способом (с помощью датчика крутящего момента);

- комбинированное регулирование по скорости и нагрузке, определенной косвенным способом (по закономерностям внутрициклового изменения угловой скорости вращения вала).

В качестве возмущающих воздействий при исследовании поведения разработанной САР частоты вращения вала применялись различные зако-

Рис. 5. Схема системы электронного управления одноцилиндровым бензиновым двигателем: 1 — стабилизатор давления топлива; 2

- бензобак; 3 - электробензонасос погружного типа; 4

- электромагнитная форсунка; 5 — дроссельная заслонка; 6 — электропривод дроссельной заслонки на основе шагового двигателя; 7

- микропроцессорный блок управления (РС); 8 - датчик температуры масла; 9 -спецдиск; 10 - датчик частота вращения и положения вала; 11 — катушка зажигания; 12 - свеча зажигания; 13 — электронный коммутатор

ны нагружения двигателя - ступенчатое, импульсное, гармоническое, пилообразное воздействия, а также воздействие в форме меандра.

На рис. 6 представлены типичные переходные процессы исследуемой системы регулирования при ступенчатом изменении нагрузки двигателя.

с........

V,

1

Тж. .А _________________________________________________

¡и

!

ШШВЩ

! I

ШШ

Закон нагружения

Пропорционально-интегральное регулирование

Комбинированное

регулирование (прямое измерение нагрузки)

Комбинированное регулирование (косвенное определение нагрузки)

О 5 10 15 20 25 1, С

Рис. б. Переходные процессы исследуемой САР частоты вращения вала

На основе экспериментальных исследований качества функционирования созданной САР на переходных режимах работы двигателя при комбинированном регулировании частоты вращения вала установлено, что при разных законах нагружения двигателя (в форме меандра, импульсном, пилообразном и гармоническом нагружениях) средняя динамическая

ошибка при использовании прямого измерения нагрузки находится в пределах 1,3...3,3%, а при косвенном ее определении — 1,3...4,2%. При этом отечественные нормативы допускают эту ошибку до 10% (ГОСТ Р ИСО — 8528-5-2005).

В качестве критериев оценки эффективности работы разработанной САР частоты вращения вала одноцилиндрового двигателя использовались следующие показатели качества переходных процессов:

1. Динамическая ошибка регулирования (%) - фиксирует наибольшее отклонение регулируемого параметра от заданной величины.

2. Время переходного процесса (с) - промежуток времени, за который регулируемая величина в переходном процессе начинает отличаться от заданного значения менее, чем определенная погрешность регулирования.

3. Интегральный показатель (мкс) - в виде единого числового значения дает обобщенную оценку скорости затухания и величины отклонения регулируемой величины.

Основные показатели качества переходных процессов, полученные экспериментальным путем, представлены в табл. 2 (осредненные по 10 измерениям). Как показывает анализ этих данных, значения показателей качества разработанной САР на основе комбинированного регулирования с косвенным определением нагрузки существенно превосходят показатели САР на основе ПИ-регулирования (особенно по интегральному показателю качества) и по существу сравнимы с показателями при комбинированном регулировании с прямым измерением нагрузки двигателя.

Табл. 2

Основные показатели качества переходных процессов при ступенчатом изменении нагрузки

Законы регулирования Время переходного процесса, с Динамическая ошибка регулирования, % Интегральный показатель качества переходного процесса

Изменение нагрузки

наброс сброс наброс сброс Наброс сброс

ПИ -регулирование 1,7 1,8 4,5 4,2 914 793

Комбинированное регулирование (прямое измерение нагрузки) 0,8 0,3 2,2 2,0 112 209

Комбинированное регулирование (косвенное определение нагрузки) 0,91 0,4 2,0 2,1 87 191

На рис. 7а представлен процесс установки необходимого углового положения дроссельной заслонки при ПИ-регулировании, характеризующий основной недостаток регулирования по отклонению. Очевидно, что установившееся значение угла открытия дроссельной заслонки формирует интегральная составляющая регулятора, требующая значительного времени для накопления ошибки. Сократить время поиска необходимого углового положения заслонки при комбинированном регулировании позволяет мо-ментная составляющая регулятора, что улучшает показатели качества переходного процесса (рис. 76).

ф,У.

со

40

а) "

о

•20

-10 ф, %

60

ло

б) 20 о

-2«

-10

Рис. 7. Установка необходимого положения дроссельной заслонки (р на протяжении определенного числа циклов / при ПИ-регулировании (а) и комбинированном регулировании (б): 1 - конечное положение заслонки; 2 - интеграчьная составляющая; 3 - пропорциональная составляющая; 4 - моментная составляющая

В целом можно заключить, что созданная опытная САР работоспособна и позволяет реализовывать различные законы регулирования частоты вращения вала двигателя. Предлагаемый способ косвенного определения нагрузки двигателя (по закономерностям внутрициклового изменения угловой скорости вращения вала) при комбинированном регулировании показал свою эффективность и представляет интерес для практического использования в САР для поддержания частоты вращения вала двигателя, работающего в составе генераторной установки. Простота и малые затраты для реализации этого способа делают его конкурентоспособным со способом прямого измерения нагрузки двигателя при комбинированном регулировании частоты вращения вала.

ГА-—"4 \

.4 юо 1«о >0 I, сд.

V

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

1. Анализ развития двигатель-генераторных установок показал перспективность автономных энергоисточников, доля которых по выработке электроэнергии в странах Европы в Среднем приближается к 20%. Выявлены проблемы поддержания заданной частоты вращения вала поршневого двигателя, работающего в составе генераторной установки, и показано, что при современном уровне развития техники возможны принципиально новые подходы к регулированию частоты вращения вала.

2. На основе теоретических исследований установлено, что регулирование только по отклонению частоты вращения вала не является эффективным даже при использовании усложненных алгоритмов (например, с Применением принципов нечеткой логики). Качественно новый уровень регулирования может быть достигнут только при введении обратной связи по нагрузке.

3. Выполнен анализ существующих принципов и устройств для регулирования частоты вращения вала поршневого двигателя, реализован и исследован в созданной САР принцип регулирования частоты вращения вала одноцилиндрового двигателя, основанный на определении его нагрузки по закономерностям внутрициклового изменения угловой скорости коленчатого вала. Выявлена эквивалентность прямого измерения нагрузки и ее косвенного определения (по закономерностям внутрициклового изменения угловой скорости коленчатого вала), не зависящая от характера изменения нагрузки. Установлено, что разница при прямом измерении нагрузки двигателя и косвенном ее определении не превышает 3,5%.

4. Применение показателя нагрузки двигателя в контуре регулирования частоты вращения вала позволяет существенно повысить качество переходных процессов. Результаты проведенных экспериментов показали, что комбинированное регулирование, по сравнению с ПИ-регулироааииежг-позволяет снизить динамическую ошибку регулирования в 2,3 раза при одновременном сокращении времени переходного процесса в 1,9 раз и улучшении интегрального показателя качества в 4,2 раза. При этом введение обратной связи по нагрузке не снижает устойчивость САР частоты вращения вала одноцилиндрового двигателя.

5. Создана и успешно опробована лабораторная моторная установка с комплексом соответствующей аппаратуры для исследования функционирования разработанной САР частоты вращения вала одноцилиндрового двигателя на переходных режимах.

6. Учитывая, что на одноцилиндровых двигателях прямое измерение нагрузки для целей регулирования частоты вращения практически не применяется, косвенный способ определения нагрузки, благодаря его простоте и малым затратам на реализацию (он не требуется введения в САР сложных и дорогостоящих датчиков), может быть успешно применен в системах регулирования частоты вращения генераторных установок.

-17-

ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ДИССЕРТАЦИИ ОПУБЛИКОВАНЫ В РАБОТАХ

1. Эфрос В.В., Абрамов П.В., Игошев A.C. Особенности разгона автомобильного двигателя с распределенным впрыскиванием бензина // Фундаментальные и прикладные проблемы совершенствования поршневых двигателей: Материалы IX Междунар. науч.-практ. конференции. Вла-дим. гос. ун-т. - Владимир, 2003. - С. 326 - 328.

2. Эфрос В.В., Абрамов П.В., Игошев A.C. Система автоматического управления бензиновым двигателем для средств малой механизации // Ме-хатроника, автоматизация, управление: Тр. I Всероссийской науч. - тех-нич. конференции. Владим. гос. ун-т. - Владимир, 2004. - С. 403 - 405.

3. Игошев A.C. Система электронного управления двигателями средств малой механизации // Идеи молодых новой России: Тезисы докладов I Всероссийской науч. - технич. конф. студентов и аспирантов. Тульский гос. ун-т. - Тула, 2004. - С. 99.

4. Абрамов П.В., Игошев A.C. Электронный регулятор частоты вращения для двигателей средств малой механизации // Электроника и электрооборудование транспорта: Тезисы докладов междунар. симпозиума. -Суздаль. 2005. - С. 11 — 13.

5. Игошев A.C. Система автоматического регулирования частоты вращения бензинового двигателя для средств малой механизации // Проектирование, испытания, эксплуатация транспортных машин и транспортно -технологических комплексов: Материалы Междунар. науч. - технич. конференции. Нижегород. гос. техн. ун-т. - Н. Новгород, 2005. - С. 217 - 219.

6. Абрамов П.В., Эфрос В.В., Игошев A.C. Кинематические критерии для адаптивного управления поршневым двигателем внутреннего сгорания // Фундаментальные и прикладные проблемы совершенствования поршневых двигателей: Материалы X Междунар. науч.-практ. конференции. Владим. гос. ун-т. - Владимир, 2005. - С. 75 - 76.

7. Игошев A.C. Электронная система регулирования частоты вращения вала одноцилиндрового двигателя внутреннего сгорания // Балтийская олимпиада по автоматическому управлению ВОАС'Об: Материалы XI международной студенческой олимпиады. Санкт-Петербургский гос. ун-т информационных технологий, механики и оптики. - Санкт-Петербург, 2006.-С. 11-15.

8. Игошев A.C. Применение косвенного метода определения нагрузки в системе автоматического регулирования частоты вращения вала двигателя //Электроника и электрооборудование транспорта. - 2009, №4. - С. 3538.

9. Игошев A.C., Драгомиров С.Г. Методика выбора параметров нечеткого управления частотой вращения вала бензинового двигателя. - Ак-

туальные проблемы эксплуатации автотранспортных средств: Материалы XIII Междунар. науч.-практ. конф. Владим. гос. ун-т. - Владимир, 2009, С. 314-316.

10. Игошев A.C., Драгомиров С.Г. Анализ качества переходных процессов САР частоты вращения вала двигателя при различных законах его регулирования и нагружения. - Фундаментальные и прикладные проблемы совершенствования поршневых двигателей: Материалы XII Междунар. науч.-практ. конф. Владим. гос. ун-т. - Владимир, 2010 - С. 150-153.

ЛИЧНЫЙ ВКЛАД СОИСКАТЕЛЯ В ПУБЛИКАЦИЯХ

Во всех работах автор принимал непосредственное участие в постановке задач, проведении теоретических и экспериментальных исследований, анализе и описании полученных результатов. В публикации [2] автором проведен анализ направления развития систем регулирования частоты вращения вала двигателя, описана концепция САР частоты вращения вала двигателя. В работах [1] и [6] приведено исследование кинематических особенностей функционирования поршневых двигателей и дан анализ возможностей использования закономерностей внутрициклового изменения угловой скорости вала двигателя для целей управления. В публикациях [25,7] дано описание разработанной САР частоты вращения вала одноцилиндрового двигателя.

В работах [8,10] изложены результаты проведенных исследований функционирования разработанной САР и проведен выполненный непосредственно соискателем анализ этих результатов. В статье [9] описана разработанная автором методика выбора параметров нечеткого управления частотой вращения вала бензинового двигателя.

При подготовке всех научных статей соискатель принимал непосредственное и активное участие в творческом процессе.

Подписано в печать 23.11.10. Формат 60x84/16. Усл. печ. л. 1,16 . Тираж 100 экз Заказ сВ&О-^О/дЛ Издательство Владимирского государственного университета 600000, Владимир, ул. Горького, 87.

ВВЕДЕНИЕ.

Глава 1. ОСОБЕННОСТИ И ПРОБЛЕМЫ РЕГУЛИРОВАНИЯ ЧАСТОТЫ ВРАЩЕНИЯ ВАЛА ПОРШНЕВЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ. ПОСТАНОВКА ЦЕЛИ И ЗАДАЧ ИССЛЕДОВАНИЯ.

1.1. Значение автономных источников электроэнергии в современном мире.

1.2. Особенности и принципы построения автономных электроустановок

1.3. Принципы автоматического управления бензиновым двигателем.

1.4. Классификация и анализ автоматических регуляторов частоты вращения вала двигателей.

1.5. Особенности регулирования частоты вращения вала одноцилиндровых двигателей.

1.6. Постановка цели и задач исследования.

Глава 2. ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ КАЧЕСТВА РАБОТЫ СИСТЕМЫ АВТОМАТИЧЕСКОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ ЧАСТОТЫ ВРАЩЕНИЯ ВАЛА ОДНОЦИЛИНДРОВОГО ДВИГАТЕЛЯ.

2.1. Задачи теоретического исследования.

2.2. Средства теоретического исследования качества работы САР.

2.3. Типы САР и анализ применяемых законов регулирования.

2.4. Система регулирования на основе нечеткой логики.

2.5. Моделирование САР поршневого двигателя на базе принципов нечеткой логики и ПИ-регулирования.

Глава 3. РАЗРАБОТКА ЭЛЕКТРОННОЙ СИСТЕМЫ АВТОМАТИЧЕСКОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ ЧАСТОТЫ ВРАЩЕНИЯ ВАЛА ОДНОЦИЛИНДРОВОГО ДВИГАТЕЛЯ.

3.1. Основные задачи разработки

3.2. Анализ разработок электронных САР частоты вращения вала.

3.3. Основная концепция построения разрабатываемой САР.

3.4. Структурная схема разрабатываемой САР и конструкция ее основных узлов.

Глава 4. КОМПЛЕКС ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ РАЗРАБОТАННОЙ САР ПРИ РАЗЛИЧНЫХ ЗАКОНАХ РЕГУЛИРОВАНИЯ И НАГРУЖЕНИЯ ДВИГАТЕЛЯ.

4.1. Задачи данного этапа исследования.

4.2. Моторный стенд, аппаратура и методика исследования.

4.3. Поиск рациональных параметров регулирования для разработанной САР.

4.4. Анализ качества переходных процессов разработанной САР при различных законах регулирования и нагружения двигателя.

Тенденции развития мирового рынка электроэнергетики свидетельствуют о постоянном возрастании доли автономных источников электроэнергии. В европейских странах доля производства электроэнергии такими источниками доходит в среднем до 20% от всей ее выработки.

По техническому исполнению автономные энергоустановки выполняются с применением различных двигателей (бензиновый, дизель, газотурбинный) и с использованием генераторов разных типов. Наибольшей популярностью сегодня пользуются установки мощностью 2.15 кВт, выполняемые с использованием бензинового двигателя.

Основное требование, предъявляемое к генераторной установке — поддержание заданной частоты вращения ее вала в допустимых пределах. Для этой цели на двигатели устанавливают автоматические регуляторы частоты вращения, большинство из которых являются механическими. Такие регуляторы обладают целым рядом существенных недостатков, таких, как принципиальная невозможность реализации сложных законов регулирования, изменяющиеся в процессе эксплуатации параметры элементов регулятора (жесткость пружин или мембраны), влияние зазоров в соединениях и наличие сухого трения, невысокий уровень автоматизации и др. Вместе с тем, процесс регулирования частоты вращения именно одноцилиндровых двигателей наиболее сложен. Трудности связаны с такими особенностями его работы, как неравномерность частоты вращения вала в течение цикла, низкая частота управляющих воздействий (один раз за два оборота коленчатого вала), существенное (в сравнении с многоцилиндровыми двигателями) влияние неидентичности рабочих циклов, малый момент инерции маховика и др. При регулировании бензиновых двигателей возникают такие проблемы, как пропуски воспламенения и значительная инерционность процессов смесеобразования. Все перечисленные факторы отрицательно сказываются на качестве работы системы автоматического регулирования (САР) частоты вращения вала двигателя.

Повышение качества работы САР связано, прежде всего, с применением микропроцессорной техники и электромеханических (мехатронных) исполнительных устройств. В настоящее время применение средств электроники на поршневых (особенно автомобильных) двигателях носит массовый характер. Вследствие этого стоимость электронных систем управления постоянно снижается при одновременном повышении качества их работы и расширении выполняемых функций. Это создает предпосылки для оснащения одноцилиндровых двигателей подобными системами.

Основное преимущество средств электроники — возможность реализации сложных законов регулирования. Однако значительная часть современных микропроцессорных САР частоты вращения вала двигателя фактически копирует законы регулирования, лежащие в основе работы механических устройств (регулирование по отклонению частоты вращения вала). Использование изменения возмущающего воздействия (величины нагрузки на валу) для САР ограничено сложностью существующих методов его определения. В результате этого потенциальные возможности средств электроники используются не в полной мере.

Таким образом, актуальность работы определяется необходимостью решения проблемы повышения качества регулирования частоты вращения вала одноцилиндрового двигателя без существенного увеличения сложности и стоимости системы управления.

Цель работы - повышение качества регулирования частоты вращения вала одноцилиндрового двигателя, работающего в составе генераторной установки, путем введения контура обратной связи по нагрузке, определяемой косвенным способом.

Для достижения поставленной цели решались следующие основные задачи.

1. Выполнен анализ существующих принципов и устройств для регулирования частоты вращения вала поршневого двигателя, исследована и обоснована возможность построения САР с обратной связью по нагрузке, определяемой по закономерностям внутрициклового изменения угловой скорости коленчатого вала.

2. Теоретически исследовано качество работы САР при различных законах регулирования с целью выбора наиболее эффективного из них.

3. Создана лабораторная моторная установка для исследования функционирования САР частоты вращения вала одноцилиндрового двигателя.

4. Разработан опытный образец САР, в которой, реализовано регулирование частоты вращения коленчатого вала одноцилиндрового двигателя с введением контура- обратной связи по нагрузке, определяемой косвенным способом.

5. Проведены экспериментальные исследования качества работы САР на переходных режимах работы двигателя при различных законах его регулирования и -нагружения.

Методы и объект исследования Теоретическое исследование качества работы САР частоты вращения вала двигателя при различных законах регулирования проводились с использованием программного комплекса МАТЬАВ. Экспериментальное исследование проводилось на одноцилиндровом четырехтактном бензиновом двигателе Т-520К, оснащенном опытной электронной системой управления топливопода-чей, зажиганием и электроприводом дроссельной заслонки.

Научная новизна работы заключается в следующем:

• впервые осуществлено регулирование частоты вращения коленчатого вала одноцилиндрового двигателя с введением контура обратной связи по нагрузке, определяемой косвенным способом;

• показана качественная эквивалентность прямого измерения нагрузки двигателя и ее косвенного определения по закономерностям внутрициклово-го изменения угловой скорости коленчатого вала;

• на основе результатов математического моделирования САР частоты вращения вала двигателя показано, что регулирование только по отклонению частоты вращения вала не является достаточно эффективным и для повышения качества регулирования необходимо иметь информацию о нагрузке двигателя;

• получены экспериментальные данные о качестве работы САР с обратной связью по нагрузке, определяемой по закономерностям внутрицикло-вого изменения угловой скорости коленчатого вала.

Практическую ценность работы представляют:

• разработанная опытная электронная САР частоты вращения вала одноцилиндрового бензинового двигателя;

• реализованный способ регулирования частоты вращения коленчатого вала одноцилиндрового двигателя с использованием косвенного определения нагрузки по закономерностям внутрициклового изменения угловой скорости коленчатого вала;

• лабораторная моторная установка для исследования функционирования САР частоты вращения вала одноцилиндрового двигателя.

Результаты диссертационного исследования используются в научно-исследовательских и опытно конструкторских работах, проводимых ЗАО «Эридан» (г. Москва). Опытный образец электронной САР применяется в учебном процессе кафедры "Тепловые двигатели и энергетические установки" Владимирского государственного университета.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

1. Анализ развития двигатель-генераторных установок показал перспективность автономных энергоисточников, доля которых по выработке электроэнергии в странах Европы в среднем приближается к 20%. Выявлены проблемы поддержания заданной частоты вращения вала поршневого двигателя, работающего в составе генераторной установки, и показано, что при современном уровне развития техники возможны принципиально новые подходы к регулированию частоты вращения вала.

2. На основе теоретических исследований установлено, что регулирование только по отклонению частоты вращения вала не является эффективным даже при использовании усложненных алгоритмов (например, с применением принципов нечеткой логики). Качественно новый уровень регулирования может быть достигнут только при введении обратной связи по нагрузке.

3. Выполнен анализ существующих принципов и устройств для регулирования частоты вращения вала поршневого двигателя, реализован и исследован в созданной САР принцип регулирования частоты, вращения вала одноцилиндрового двигателя, основанный на определении его нагрузки по закономерностям внутрициклового изменения угловой скорости коленчатого-вала. Выявлена эквивалентность прямого измерения нагрузки и ее косвенного определения (по закономерностям внутрициклового изменения угловой скорости коленчатого вала), не зависящая от характера изменения нагрузки. Установлено, что разница при прямом измерении нагрузки двигателя и косвенном ее определении не превышает 3,5%.

4. Применение показателя нагрузки двигателя в контуре регулирования частоты вращения вала позволяет существенно повысить качество переходных процессов. Результаты проведенных экспериментов показали, что комбинированное регулирование по сравнению с ПИ-регулированием позволяет снизить динамическую ошибку регулирования в 2,3 раза при одновременном сокращении времени переходного процесса в 1,9 раз и улучшении интегрального показателя качества в. 4,2 раза. При этом введение обратной связи

-126по нагрузке не снижает устойчивость САР частоты вращения вала одноцилиндрового двигателя.

5. Создана и успешно опробована лабораторная моторная установка с комплексом соответствующей аппаратуры для исследования функционирования разработанной САР частоты вращения вала одноцилиндрового двигателя на переходных режимах.

6. Учитывая, что на одноцилиндровых двигателях прямое измерение нагрузки для целей регулирования частоты вращения практически не применяется, косвенный способ определения нагрузки, благодаря его простоте и малым затратам на реализацию (он не требуется введения в САР сложных и дорогостоящих датчиков), может быть успешно применен в системах регулирования частоты вращения генераторных установок.

1. Сайт «Когенерация.ру» http://www.cogeneration.ru/worldexp/

2. Прохорова А. Большие возможности малой энергетики Энергетика и промышленность России, 2003, №5 (33) - с. 32 - 35

3. Электростанции отечественные — http://www.mehyar.ru/7mocH catalog&n=163

4. Дизель электростанции. Работа при переменной частоте вращения дизеля http://www.stroysss.ru/systems/electrichestvo/395.html

5. Касаткин М.А. Сравнительная оценка эффективности энергетических установок с топливными элементами для объектов рассредоточенной энергетики Альтернативная энергетика и экология, 2005, № 6(26). — с. 68 — 73

6. Электростанции как основа энергобезопасности предприятия" -http://www.electrostation.ru/tips/mini-electro.html

7. Электронное управление автомобильными двигателями/ Покровский Г.П., Белов Е.А., Драгомиров С.Г. и др. М.: Машиностроение, 1994. - 336 с.

8. Пинский Ф.И., Давтян Р.И., Черняк Б.Я. Микропроцессорные системы управления автомобильными двигателями внутреннего сгорания: Учебное пособие. -М.: Легион-Автодата, 2001. 136 с.

9. Гирявец А.К. Теория-управления автомобильным бензиновым двигателем. -М.: Стройиздат, 1997. 173 с.

10. Ю.Системы управления бензиновыми двигателями. Пер: с нем. 1-е русское изд. М.: ООО «Книжное издательство «За рулем», 2005. - 432 с.

11. Грехов Л.В., Иващенко H.A., Марков В'.А. Топливная аппаратура и системы управления дизелей: Учебник для ВУЗов. М.: Легион-Автодата, 2004.-344 с.

12. Electronic Engine Control Technologies /2nd Edition. Casebound, 2004. - 768 pp.

13. Черняк Б.Я., Васильев Г.В. Управление двигателем с помощью микропроцессорных систем: Учебное пособие. М.:МАДИ, 1987. - 85 с.

14. Кругов В.И. Двигатель внутреннего сгорания как регулируемый объект. -М.: Машиностроение, 1978. 472 с.

15. Бордуков В.В., Козлов A.B., Файнлейб Б.Н., Коганер В.Э. Электронное управление процессом топливоподачи автотракторных двигателей // Двигателестроение. 1990. - №6. - с. 17-21

16. Гладышев С. П., Бунов В. М., Бунова Е. В., Азаркевич С. Л. Исследование механического и электронного регуляторов частоты вращения на основе математического моделирования. Челяб. гос. техн. ун-т. Челябинск,Д 996. -11 с.

17. Гребенников А. С., Кирьянов А. Н., Протасов Д. Б. Электронный регулятор частоты вращения дизеля Эксплуат. соврем, трансп. //Саратов, гос. техн. ун-т, Поволж. науч. центр Акад. трансп. РФ. - Саратов: Изд-во СГТУ, 1997.-с. 45-53.

18. Поздняков Е.Ф., Марков В.А., Шленов М.И. и др. Электронный регулятор частоты вращения дизель-генератора — Совершенствование поршневых двигателей М.: МГТУ им. Баумана, 2007. - с. 309-312

19. Крутов В.И. Развитие автоматического регулирования двигателей внутреннего сгорания. М.: Наука, 1980. - 92 с.

20. Крутов В.И. Автоматическое регулирование и управление двигателей внутреннего сгорания. М.: Машиностроение, 1989. — 416 с.

21. Черепнев А.И. Истоки автоматизации. — М.: Наука, 1975. 160 с.

22. Маслов Ю.Н., Лысенко A.A. Автоматическое регулирование двигателей внутреннего сгорания: Уч. пособие. — Саратов, 1976. — 60 с.

23. Покровский Г.П. Топливо-смазочные материалы и охлаждающие жидкости. М.: Машиностроение, 1985. — 200 с.

24. Крутов В.И. Электронные системы регулирования и управления двигателей внутреннего сгорания. М.: Изд-во МВТУ им. Баумана, 1991. — 138 с.

25. Sakai Н. а.о. Improving diesel vehicles draveability by a new control technology. Int. Comp. Engine. Technol. - Cambridge-London, 1987. — 241-248 pp.

26. Хрящев Ю.Е. Электронное управление работой автомобильных двигателей. -Ярославль: ЯПИ, 1990. — 92 с.

27. Система для оптимизации характеристик автомобильного двигателя с искровым зажиганием. Пат. США № 5 168 853. МПК F 02 Р 5/06. НПК 123/419. Заявл. 06.04.92; Опубл. 08.12.92.

28. Леоненков A.B. Нечеткое моделирование в среде MATLAB и fiizzy-ТЕСН. СПб.: БХВ-Петербург, 2003. - 736 с.

29. Комашинский В.И., Смирнов В.И. Нейронные сети и их применение в системах управления и связи. М.: Горячая линия Телеком, 2002. — 183 с.s f

30. Горбань А.И. и др. Нейроинформатика Новосибирск: Наука. Сибирское отделение РАН, 1998. - 296 с.

31. Усков A.A., Круглов В.В. Интеллектуальнее системы управления на основе методов нечеткой логики. Смоленск, 2003. — 177 с.

32. Круглов В.В. и др. Нечеткая логика и искусственные нейронные сети. -М.: Физматлит, 2001. 221 с.

33. Гудвин Г.К., Гребе С.Ф., Сальгадо М.Э. Проектирование систем управления. Пер. с англ. М.: Бином. Лаборатория знаний, 2004. - 911 с.

34. Терехов В.А., Ефимов Д.В., Тюкин И.Ю. Нейросетевые системы управления. — М.: Высшая школа, 2002. — 184 с.

35. Блаженнов Е.И., Хрящев Ю.Е., Ивнев A.A. Влияние типа регулятора на тепловое состояние двигателя. Изв. ВУЗов. Машиностроение, 1988, №1, с. 85-87

36. Федянов Е.А. Межцикловая неидентичность рабочего процесса и проблемы улучшения показателей ДВС с искровым зажиганием: Дис. . д.т.н. Волгоград, 1999. - 317 с.

37. ГОСТ Р ИСО 8528-2-2007. Электроагрегаты генераторные переменного тока с приводом от двигателя внутреннего сгорания. 4.2 — Двигатели внутреннего сгорания. М.: Стандартинформ, 2008. — 16 с.

38. Абдель Мунем Музхер Хашем. Оптимизация характеристик дизель-электрический силовой установки с целью повышения эксплуатационной топливной экономичности: Дисс. . канд. техн. наук. М., 2004. - 115 с.

39. Шленов М.И. Улучшение эксплуатационных показателей транспортного дизеля путем совершенствования системы автоматического регулирования частоты вращения: Дисс. . канд. техн. наук. М., 2008. - 164 с.

40. Поздняков Е.Ф. Анализ эффективности использования регулятора частоты вращения с последовательно включенными корректирующими звеньями в дизельном двигателе дизель-генераторной установки: Дисс. . канд. техн. наук. М., 2009. - 150 с.

41. Смирнов А.Б. Совершенствование управления бензинового двигателя с использованием нейронных сетей: Дисс. . канд. техн. наук. М., 2006. -146 с.

42. Темнов Э.С. Разработка теоретических основ расчета и конструирования малоразмерных двигатель-генераторных установок как единой динамической системы: Дисс. . канд. техн. наук. Тула., 2005. - 134 с.

43. Черных И.В. Simulink: Инструмент моделирования динамических систем М.: SoftLink Corp. - http://www.nsu.ru/matlab/ MatLabRU simulink/bookl/6.asp.htm

44. Коткин Г.Л., Черкасский B.C. Компьютерное моделирование физических процессов с использованием MATLAB: Учебное пособие. Новосибирск, 2001.-173 с.

45. MATLAB: Simulink & Toolboxes. М.: Softline Corp. - 61 с.

46. Крутов В.И. и др. Основы теории автоматического регулирования: Учебник для ВУЗов. М.: Машиностроение, 1984. - 368 с.

47. Солодовников В.В., Плотников В.Н., Яковлев А.В. Основы теории и элементы систем автоматического регулирования: Учебное пособие для ВУЗов. -М.: Машиностроение, 1985. 536 с.

48. Филипс Ч., Харбор Р. Системы управления с обратной связью. — М: Лаборатория Базовых знаний, 2001. 616 с.

49. Бесекерский В.А., Попов Е.П. Теория систем автоматического регулирования. 3-е изд. М.: Наука, 1975. - 768 с.

50. Устройство для регулирования частоты вращения вала двигателя внутреннего сгорания. Пат. США 5 036 814. МПК F02D- 31/00. Заявл. 18.04.1990. Опубл. 6.08.1991.

51. Устройство для регулирования частоты вращения- вала двигателя. Пат. США 5 111 788. МПК F02D 41/16. Заявл. 19.12.1990. Опубл. 12.05.1992.

52. Устройство управления частотой вращения вала двигателя. Пат. США5 586 535. MTIKF02D 43/04. Заявл. 5.12.1994. Опубл. 24.12.1996.

53. Система управления частотой вращения вала двигателя. Пат. США 5 553 589. МПК F02D 41/14. Заявл. 7.06.1995. Опубл. 10.09.1996.

54. Регулятор числа оборотов. Пат. РФ 2 095 602. МПК F02D 31/00. Заявл. 3.10.1989. Опубл. 10.11.1997.

55. Регулятор частоты вращения теплового двигателя. Пат. РФ 2 097 593. МПК F02D 31/00. Заявл. 22.12.1993. Опубл. 27.11.1997.

56. Лукин A.M. Хавкин В.И. Способ оценки устойчивости, работы ДВС по неравномерности угловой скорости вращения коленчатого вала. Двига-телестроение. - 1981. - №2. - с. 17-19

57. Черняк Б.Я., Волчек И.И. Моделирование влияния нестабильности сгорания на индикаторные показатели и равномерность работы двигателя// В кн.: Рабочие процессы автотракторных ДВС. -М., 1981. с. 107-115

58. Оставнов A.A. Гребенников A.C. Оценка неравномерности работы цилиндров двигателя внутреннего сгорания по неравномерности скорости вращения коленчатого вала // В кн.: Повышение эффективности использования автомоб. трансп. Саратов, 1978. - с. 68-79

59. Chen S. К., Chen S. Engine diagnostics by dynamic shaft measurement: a progress report. SAE Paper 932412. - 16 pp.

60. Taraza D. Possibilities to reconstruct indicator diagrams by analysis of the angular motion of the crankshaft. SAE Paper 932414. - 14 pp.

61. Пришвин C.A., Сафронов П.В. Анализ существующих критериев оценки неравномерности частоты вращения коленчатого вала двигателя. — Рук. деп. в ВИНИТИ, № 1272-В99: -М.: МАДИ, 1999. 14 с.

62. Лукин A.M., Хавкин А.И., Хавкин В.И. Способ определения- идентичности последовательных циклов. — Двигателестроение. — 1981. №7. — с. 5-7

63. Хавкин В.И. Различные виды неидентичности последовательных рабочих циклов и их классификация-. Рук. деп. в НИИИНАвтопром, № 1513-АП.-Л.: 1987.-21 с.

64. Хавкин В.И. Разработка метода автоматизированной оценки технического состояния автомобильного двигателя: Дисс. . канд. техн. наук. — Л., 1986.-167 с.

65. Гребенников A.C. Диагностирование неравномерности работы цилиндров ДВС на неустановившихся режимах. — Двигателестроение. — 1986. -№6. с. 28-30

66. Абрамов П.В. Кинематический метод определения нагрузки поршневого двигателя. — Двигателестроение, 2006, № 3. с. 27-30.

67. Moro D., Cavina N., Ponti F. In-cylinder pressure reconstruction based on instantaneous engine speed signal. Transactions of the ASME, 2002. - #124.

68. Haris Hamedovic, Franz Raichle. IMEP-Estimation and In-Cylinder Pressure Reconstruction for Multicylinder Si-Engine by Combined Processing of Engine Speed and One Cylinder Pressure. SAE Paper 2005-01-0053. - 10 pp.

69. Taraza D. Accuracy Limit of IMEP determination from crankshaft speed measurements. SAE Paper 2002-01-0331. - 21 pp.

70. Wallin C., Gustavsson L. Engine monitoring of a Formula 1 racing car based on direct torque measurement. SAE Paper 2002-01-0331. - 7 pp.

71. Одинец C.C. и др. Методы и средства измерения механической мощности. — М.: Машиностроение, 1991. 256 с.

72. Стефановский Б.С. и др. Испытания двигателей внутреннего сгорания. М.: Машиностроение, 1972. - 368 с.

73. Райков И.Я. Испытания двигателей внутреннего сгорания. М.: Высш. школа, 1975. - 320 с.

74. Румянцев П.Г., Черняк Б.Я. Расчет неравномерности вращения коленчатого вала с учетом упругости трансмиссии. — Двигателестроение, 1986Б №4. с. 32-34.