автореферат диссертации по транспорту, 05.22.07, диссертация на тему:Микропроцессорная система автоматического управления дизель-генератором тепловоза

РГ6 од

1^1ШСТ2РСТ30 ЛУТ£: СООЕЗЕй РССС.И

1 4 ШОН ДОЬ

МОСКОВСКИЙ ГОСУХАРСТВЗСЕП УТСШЗРСПТЕТ ПУТЙ СООЕ^-И'Л

на правах рукопзсп

ГУАКЬ ШЮ'ЛН

МГКРОПРОЦЕССОРИАЛ С1ГСТП.1Л ;1БГО.,.!АТ.ГЗСлОГО УЛР^ИН: Д132ЛЬ-Г22?АТ0?0:,1 ТЕПИОВСа^

Сб.22.07 - ПодвлляоЗ состав яелезнкх дорог ¡1 тяга поездов

.АВТО?

диссертации на степени кандц^ат.

содсконле ученой ; технических наук

Л О С К Б А 19 9 3

Работа выполнена на ка'едрс "Локомотивы и локомотивное хозяйство" Московского государственного университета нуте", сообщения

Научны? консультант сгздаяьнне оппоненты

Научнке руководители - кандидат технических наук, доцент

И.П. Бородулин

- засл.деятель наук,; и техники Р'% док-

тор технических наук, профессор В. Д. Кузьмяч

- кандидат технических наук, доцент • А.П. Молчанов

- доктор технических наук, профессор А.Н. Савоськян

- кандидат технических наук, с.н.с. II.Л. Поварков •

- Концерн "ТРАНСМАШ"

Запита диссертации состоится 18 июня . 1593 года в 9 час. 30 ;,мн. на заседания специализированного совета Д 114.05.05 при Московском государственном университете путей сообщения по адресу: ICI475 ГСП Москва, А-55, ул.Образцова,15, ауд. 4435.

С диссертацией мокно ознакомиться в библиотеке университета.

Автореферат разослав " M " _ IS93 года.

Отзыв на автореферат, заверенный печатью, просьба направлять по адресу совета университета.

Ведущая организация

) Учены/ секретарь специализированного

совета Д 114.С5.05 д.т.н. .профессор¡'^^ЩВ.Е. «ШШПОВ

- 3 -

ОБЩАЯ ХЛ?АКГ2?ЛСГ/КА РАБОТ!! ■

¿вдуадарость те?.я. £елезнодорояяыа транспорт в КК? выполняет значительный объем перевозок. 3 1590 году 54,оСъема пассаяпрооборота я 71,3* объема грузооборота пряходллгсь ка кз-лезнодоромкй транспорт. В сзязз с разыгггзм э".о"э:лг-::г КН? о'-ь-ем перезозочноЗ работа з последуй годы постоянно созывается л »со более проявляется нехватка Я9ревозочно2 способности ~елзз-нодоро.таого транссорта. В 1992 голу залозал продукция ярс:.из~ легпюст;: КНР увеличилась на 20.по сравнение с 1991 го-ом, а » го же врели обьэ« сэровоэок гглезкодорожюгэ тр&чссорта уз-з-лячялся только на 3,». По статиаглческта данным перевозочная способность железнодорожного транспорта удовлетворила лппь около

потребностей требуемго объема пергзозочноЗ работа страчы. ' Таким образом, задача повышения перевозочной способности хелез-нодороляого транспорта КК? является актуальной. Лдя зтого, з порзуи очередь, должна быть помнена лоревозочяаз способность тепловозов, так каз тепловозов б обдем локомотивном парке

КК? выполняет 53,2?! объема перззозок хелезнодэрозиого транспорта.

Одним аз опроделяванк исправлений развития зэлезкодорогкого транспорта явллегел повышение секционной мощности тепловозов л эффективности их работа в разллчдах зксплуатопдокпих условиях. Повнэенпе эффективности использования тепловозов мохет бить достигнуто за счет улучшения эксплуатационных характеристик длзель-генератороз (£Г): уменьшения удельного расхода топлива, повышения надеетости я долговечности дета1еЯ, г обеспечения необходимее динамических свойств геплозозоз.

Так как значительную часть времени £Г работает в переходных процессах, го важным является улучшение качества протекания переходных процессов. Практика показала, что высокие эксплуатационные

качества энергоустановок с двигателями внутреннего сгорания зависят не только от совераенствз конструкций собственно двигателей, но к от элективной работы их систем управления.

Внедрение микропроцессорной (МГЦ техи::хн в системах управления ДГ тепловозов открывает широкие возколкости по совершенствованию систем управления к улучденшо качества управления. ропроцессоркая система автоматического управления дизель-генератором (МП СП ДГ) тепловоза обладает более высоким быстродействием, точность» поддержания заданных параметров, их временной стабильностью, а также выполняет функции защиты ДГ тепловоза в аварийных режшах и увеличения подачи топлива в цилиндры дизеля при пуске, .Актуальной задачей является создание новых эффективных алгоритмов управления с учетом возможностей МП систем управления.

Дсльр -работа является разработка и исследование эффективности алгоритмов управления МП САУ ДГ, улучшающих, технико-экономические показатели тепловозов в эксплуатационных режимах.

Для выполнения поставленной цели в работе решались следующие задача:

—исследование способов совершенствования систем управления ДГ тепловозов и обоснование применения ИИ системы управления ДР тепловоза;

- разработка новых алгоритмов управления ДГ тепловоза;

- разработка структуры Ш САУ ДГ тепловоза;

- исследование эффективности разработанных алгоритмов управ- . леяия ДГ тепловоза.

Метопы исследования. Решение поставленных задач выполнялось с использованием методов теории автоматического управления, алгоритмизации рабочих процессов и процессов управления дизель-

генераторами тепловозов, математического ьтаделлровандя с применением зам.

Научяяя новизна работа. На основания выполненных исследований разработаны ноше алгоритма управления ЛГ тепловоза с переменным коэффициентами передачи, значения которых определяются соотнопеншшл текупшс а заданных веллчди частота Ергде!:дя я цикловой подачи топлива в цилиндры дизеля; разработана функциональная схема !Ш САУ ДГ, позволгасаг реализовать разработанные алгоритм; разработана иатеиатнческая модель микропроцессорной системы автоматического управления ддзель-генерагором тепловоза.

Практическая пенность. Реализация разработанных алгоритмов управления ДГ тепловоза с поыооь» микропроцессорной системы управления позволят уменьши, перерегулирование п время переходного процесса, вызываемого изменением внешней нагрузки прд постоянном заданном режиме работы; ускорить разгон коленчатого вала и уменьшать время регулирования прд переходных процессах • увеличения частоты впадения а мощности ДГ; повысить приемистость тепловоза; снизить дкмность отработанных газов ддзеля; уменьшить удельный расход топлива. Использование математической ыодела микропроцессорной системы автоматического управления позволят выбрать переменные коэффициенты передачи д исследовать эффективность разработанных алгоритмов для ддзель-генератороз различных ranos. Разработанные алгоритм управлеядя шгут попользоваться прд разработке !.'Л системы управления дизелями других назначений.

Дпробагяя работы. Основные результатыдиссертационной работы докладывались на кафедре "Локомотивы sr локомотивное хозяйство" .'ШТа 12 мая IS93 г., а такхе на Всероссийской научно-технической конференция молодых ученых, специалистов, аспирантов и студентов (Москва, 25 мая 1993 г.).

Дубликатам до теко, „диссертахгщ^. По теме диссертанта опубликованы 2 статья.

Структура я объем заботы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения я списка литературы (110 нал.»,:экований). Основной текст - ДО страницу включая зу рисукк ов и 8 таблиц.

СОДКРКАШЕ РАБОТ

В первой главе проводился анализ существующих систем автоматического управления ДГ тепловозов л путей гх совершенствования. Для оптимизации переходных процессов тепловозных дизелей с газотурбинным наддувом необходимо регулировать частоту вркцэнгя коленчатого вала а мадюсть нагрузки дизеля с учетом нескольких параметров, определяющих согласование воздухоснабжения к цикловой подачи гоплика в цилиндры; конзроларовать угловое ускорение коленчатого вала, темп возрастания и уменьшения нагрузки в различных рзгшмах; изменять законы управления в зависимости от, характера протекания переходных процессов и т.д. Б. традиционных гидромеханических системах управления эти требования реализуется лишь частично путем коррекции по некотором параметрам, например, давлению и температуре наддувочного воздуха и т.д. Совершенствование подобных систем выполняется введением дополнительных механических и электромеханических устройств и регуляторов. Основными препятствиями иирокоцу внедрению таких систем регулирования являются конструктивные сложность, громоздкость; недостаточные надекность и точность управляющих устройств.

Проведенный анализ показал, что основной тенденцией развития систем управления ДГ тепловозов является использование унн}ицировая1!Ых электронных регуляторов с микропроцессорным

управлением. С внедрением мнхраяроцессорко* техники з САУ £Г ;.:о-гут реализоваться .табаг зэдадкие закони управления, которые ш.тао ярограммно изменять, не лрпмеляя дополнительные аппаратных средств. При этом достигается более полная адаптация дизеля к стохастическим Еере:.'.еншш р=Екам работа к удучшазтся технико-экономические показателе рзботк

Разработка !Л систем управления дизель-генератора: происходит достаточно интенсивно. Б СНГ исследованиям МЛ САУ ¿Г и других агрегатов тепловозов занимаются института и организации: Коломенский тепловозостроительной завод, 2ШГГЛ, ЬН^'ГГ, ЦНУДЛ, Л5и12Т, ¡.СИТ, ЗЗГП и др. В это" области известны труды ученых: Б.П. Колосова, А.А.Будницкого, 2. Е.Коссоза, З.И.Крутоза, М.'Л.Левина, Н.М.Лукова, З.З.Стрекопытова, О.И.Пинского и др. Разработанные !Л1 систеш управления ре-лаи? различнее задачи улучшения показателей работа тепловозов.

3 данной работе поставлена задача разработать козна адек- • тивные алгоритм управления, позволяющие улучипггъ показатели переходных процессов ДГ тепловозов.

Зтот??.^ глава посвяцека разработке алгоритмов и структуры !.Ш САУ ДГ тепловоза. Аналгз показал, что приленяеше в СЮ* ЛГ хесткпе алгорит.-.я управления :.'.огут быть достаточно э^ективны только для одного конкретного случая при изменении частоты зра-сения и ¡.-.овдости ДГ с холостого хода на ко.\гкальнк2 резпм. Промежуточные переходные процессы не обязательно будут оптимальны. Таким образом, зл^ектизже ачгорзт:,к управления для улучшения переходных процессов отработки различных воздействий существенно различны. 3 связи с этим в работе для минимизации длительности переходного процесса при увеличении частоты владения и

мощности ДГ применяются алгоритмы управления с переменными коэффициентами передачи, осуществляемые 1.Щ системой управления.

Б общем случае !Д1 СлУ ДГ тепловоза должна выполнять слз-дувдие задачи:

- обеспечение устойчивой работа ДГ тепловоза в установив-пшхся реяимах;

- обеспечение скоре&его устранения влияния воз<муце1ш2 на работу ГГ из-за изменения внешних условий или мощности вспомогательный машин и агрегатов тепловоза,- улучшение качества протекшим переходных процессов, вызываемых изменением заданного релоша работа ДГ тепловоза.

Первая задача откосится к обеспечению требуемой точности поддержания частоты вращения коленчатого вала дизеля в установившихся рекзмах; вторая - г уменьшена» значений максимального перерегулирования и дла-хегаькосгя переходного процесса обработки изменения нагрузки дизеля при постоянном заданном режиме работы.

Третья задача заключается в том, чтобы улучшить качество протекания переходных процессов увеличения частоты вращении и мощности ДГ при реализации требуемой зависимости: коэффициента избытка воздуха от времени (X = ^ ) с учетом ограничений. При этом, как показано в работах Е.Е.Кооссва, задача улучшения качества протекания переходных процессов разгона и нагрукения ДГ сводится к необходимости:

- скорейшего выхода подачи топлива на ограничение по наддуву;

- уменьшения времени разгона коленчатого вала дизеля при' обеспечении допустима величин темпа увеличения нагрузки ДГ и прочности коленчатого вала;

- обеспечения нагрухения дизеля до заданного установившегося реяшма работы без провалов по частоте вращения вала ДГ.

Для выполнения этих гребозангй разработаны алгоритмы управления, построенные на основе Е1Д- к ПП- законов для регулирования частоты вращения коленчатого вала и москости нагрузки дизеля с переменными коэффициентами передачи, величины которых определяется относительными текугда-! значениями 'частоты вращения и цикловой подачи топлива.

Алгоритм управления для 'Ш САУ ДГ определяются системой уравнений:

Взю =

Взр в

С2 С?

Сз Си

с2 - с,

+ -:- (Юз - с4)

Вз «91

Ui = Кр =

KL =

к, =

СЗ С4

с5 - с2

¿3

Св - С?

Сд - Сю

С 11- Са

л ь 12- с,

Бзр ' \ •

(tOз - С3) ( Ps - С,о )

( ?s - G, )

прл ьОз < С3 при Юэ > С.

3

< Сэ

при С9 ^ PS<Q.

зра ?s ?

'12

= i\0

Fs

при (Гн/Зз) > А,)

при (о),/к)з) ) !чг ,

при (ЧЛ>з) < А]2

при (В1/Бз) > Аа при (4>Ju&) при (ЦА>з)

при (Bi/'Bs) при (^l/^з) ПСИ (ЧЛ>з)

S ¿22 . <

i А31

* Азг ,

1 J3

А-

'32.

а т;П { U: , U,:j ,

(О

s

Г г В, ,+В; .

ч +103 (Бз ~4 —

Ка

Кз

ГКя, Кя2 Кп3 Кп4

шг Щ

йц

при (В^ / Бз) при (¡4. /и»з) при В13 ^ ( Ч/^з) < В12 при (^ /м>з)

при (В1 / Вз) при («ч /и>ъ) при В^^С^/йз) <В. при С Ч з) < Ва

I21 322

где Вз« , Взр, Вз - заданные величины цпг.лобой подачи топлива,

определяемые по генераторной. и ограничительной характеристикам, и. действительная допустимая, кг/цикл; С1 -Се , Ко -постоянные;

Юз, - заданное и тэкуцзо значение частоты вращения

вала ДГ, рад/с; '•

Р$ , Тз - давление (Па) и температура (К) наддувоч-

ного воздуха;

, - сигната регулирования цеплозоё подачи топ- '

лиса, одрэдеяямлыэ по" отклонены» частоты вращения и ш Р5 п Т5 , и выходной регулятора частоты вращения;

- штегралънач составляющая сетнала регулиро-. вания цикловой подачи топлива на 2-1-ом шаге;

- коэффициенты передачи регулятора частоты вращения;

- уставки переключения коэффициентов передачи регулятора частоты врадония;

- выходной скгнач регулятора мощности;

Кр.'Кг А и -

Кт)

Азг

- зштегр&тьлзя составляющая сигнала регулято- . ра ьеецюскг на ярздздтееи -ои)йаге; Кп, Кп -- коэффициенты передачи регулятора мсцлости;

3,, - В3 - уставял переключения козфХпциелгов передачи

регулятора мопасстн.

Заданное значение цикловой подс-гт топлива Вз определяется по генераторной характеристике - Вз.; я корректирует«! по ограчктагольной характеристике дизеля - Взр в зависимости от давления Р5 наддува.

Лля согласования цикловоП подачи топлива с воздупагл зарядом цяллддра сигнал регулирования цзхлобоЗ подачи топлива на только определяется расчзтккм сигналом ^ по отклонения частоты вргдакдя С^з -<А }, но и ограничивается допустимым сагнаком и^ , определяемым по доздеказ ?з и температура , при поддеркакиз заданного коэффициента избытка воздуха Ло.

3 соответствии с предусматриваема задачами регулятор частоты врадення вала ДГ должен обеспечить управлявшее воздействие на дизель, в зависимости от относительных значений частоты вощения Ц/^з и циклозо" подачи топлива 3*. / Зз в переходном процессе: {орсиругжзе при коап^щиентах передачи - Крз, К13 , Кцз ; демг^нруксее, определяющее снижение темпа измеие-!'.ия частоты вращения вала Д1 при коэффициентах передачи - Крг. К12 , Кр г ; воздействие, обгспечизаэдге устойчивую работу ДГ в кзазиустанозивдгхся режимах при коэффициентах передачи - Кр| , Кц , Кц .

Регулятор модности должен вырабатывать управлявшее воздействие для системы, возбуждения тягового генератора, обеспечивао-цее: малое погружение дизеля при предварительном разгоне вала ДГ

с коэффициентами передачи Кп4 , ; форсирувдее нагрухение дизеля после разгона коленчатого вала до заданной относительной величины ¡^¿/ц13 с коэффициентами Кл3 , Ки3 ; нагрукенке дизеля со снккекккм Tei.roы изменения нагрузки с коэффициентами передач:: Кп г , ; изменение нагрузки дизеля, в квазиустановив-сихся режимах с коэффициента передачи Клт , 1йц .

функциональная схема МП САУ ДГ представлена на рис. I. 3 с7.с:г/ включены дизель (Д), орган топливоподачк (ОТ), тяговый генератор (Г), система возбуждения (В), генератора, усилители органа толливолодачи НОТ) к возбувдения (УВ), и МП система. МП система содержи1 блок задания (БЗ), два блока вычисления заданной цикловой подачи топлива (Взр, Вз«> ), блок переключения коэффициентов передачи регуляторов (ВПК), регулятор частоты вращения (РЧВ), регулятор модности (РМ), блок ограничений (Еогр), два суматора (СУ), два блока определения минимальной из двух функций, а тауле аналого-цифровой преобразователь. (АЦП) и цифро;-аналоговый преобразователь (ЦАП).

Реализация разработанных алгоритмов управления с переменными коэффициентами передачи на предлокенкой ЫП САУ ДГ позволит улучшить качество протекания переходных процессов во всем диапазоне изменения частоты врааенкя и мощности дизеля.

В третьей глазе проведена разработка математической модели МП системы управления ДГ тепловоза и алгоритма расчета переходных процессов. В работе используется имитационное моделирование. При. это:.! разрабатывается порядок численных и логических операций (моделирующий алгоритм), о помощью которого с той или иной степенью приближения воспроизводится процесс в объекта. Моде--лирувдиЗ алгоритм, реализуемый на ЭВМ, дает возможность при заданных начальных данных и параметрах воспроизвести реальные процессы в МП ?АУ ДГ теалс-оза.

«ушишональная схема КП САУ Д.Г

mm

РЧЗ Ui min

Чг —

'АЦП

Рн

J

Рис.1

Разработке и исследованию моделирования дизель-генераторов посвящены работы ученых Л.Л.Степанова, В.И.Крутова, В.И.Толщина, Е.Е.Косссва, I'.Д.долгих и др. При исследовании системы управления дизелями ¡лироко применяются линейные дифференциальные уравнения исследуемого объекта - дизель-генератора. Линейность дифференциальных уравнений определяется при малых отклонениях no-ременных, и это является условием обеспечения минимальных погрешностей линеаризации нелинейных £уикцяй. Тек как коэффициенты дидагренцкалыш; уриигепи!1. ДГ изменяются с изменением режимов работы и их определение производится не во всем диапазоне изменения пёрекеннкх, а лпаь в области конкретного заданного установившегося рзккма работы, то для анализа данашческах свойств дизеля с наддувом необходимо определить коэффициент линейных дн^еренциашасс уравнений на таких рехнмах, которые являются типичными для охвата ноля возможных нагрузочных рсяимов ДГ. Тагам образом, при изменении региала работы ДГ результаты, растатанные по такта: лилейным уравнениям, возмоню, обладают значительной погрешность. D связи с этим в лалпсГ. работе используется система кежшсЯшк д^срсидаальик уравнекй дизеля, определяемая профессором Е.Е.Коссотым.

Разработанная математическая модель состоит из уравнений: рабочих процессов в дизеле; модности тягового генератора; алгоритмов управления дизель-генератором; связей управляющих воздействий ИП системы улргхг.епуя - и у с гнклово.1 подачей топлива и напряжением возбугэдшпя тягового генератора соответственно.

Мощность Рг тягового генератора рассматривалась в виде Рг Pw + Рс, ' (2)

где Рю - часть мощности генератора, зпвпеллш от частоты вращения вала ДГ:

Pw = С24 Ы)г - С г, ; (3)

- к -

Рс - непосредственно регулируемая мощность нагрузка, зависящая от управляющего воздействия V регулятора мощности:

Рс Кс . '/ , (4)

Ко = Ко ( V • 1г ) - переменна;! коэффициент, заваеяздй с^ веллчкпн управляющего воздействия V и от токе генератора (г .

Анализ показал, что орган топлквододгча с электронным управлением кояио рассматривать как звено зелаздавапгя, переходная характеристика которого описывается уравнением:

В = А. ( г - г ), (5)

где £ - время.запаздывания органа топливоподачи, с.

На основании математической модели МП СЛУ ДГ тепловоза разработан алгоритм расчета переходных процессов с использованием численных методов и составлена программа на лзике ТУРБО-ПАСХАЛЬ.

Для улучиекгас качества протекания переходных процессов, вывиваемых увеличением заданных частота вращения и модности ДГ, аром обеспечения допустимой цикловой подачи топлива, выполнялись еледукд.тз условна:

- угловое ускорение коленчатого вола да-г ля.

О 1 яри (В*. / Вз) < Ац, (6)

где 0в - допустимая величина углового ускорения, овродеяяемая

о

условием прочности коленчатого зала дизеля, рад/с~;

- темп уБелетчнЕИ мощности тягового генератора

О < ¿Рг .. , ПрИ (щ / Вз) <!3 (7) - <П - К

где - допустимая величина темпа увеличения ыоэдостл, кВт/с.

Четвертая глава лосвяцена исследованиям микропроцессорной системы автоматического управления дизель-генератором тепловоза. В этой главе решены следующие задачи.

Период управления Т Ш системы шбран с учетом динамических характеристик объекта регулирования, принятых алгоритмов управления, характеристик устройств связи микропроцессорной системы с объектом, количества управляемых контуров система, при этом учитывался опыт применения МП систем с различными объекта;.® я алгоритмами управления. В результате проведенных исследований был выбран период управления Т = 0,1 с.

Для измерения частоты вращения вала ДГ бил выбран фотоэлектрический датчик с губчатым диском - прерывателем светового потока. С учетом максимально'! погрешности квантования в АЦП - £мах, максимально допустимой частоты вращения вала ДГ, допустимой нестабильности частоты врааонкя вала ДГ для регуляторов 1-го класса точности по ГОСТу 10511-83 выбрани минимальные значения разрядности счетчика и = 10 и количества зубцов диска-прерывателя К = 585.

Путем моделирования Ш СЛУДГ на ЭВМ реиалпсь следупцие задачи:

- олределеше переменных коейютенгов передачи регуляторов частоты врезания вала к модности дизеля, а также уставок их переключения;

- исследование устойчивости системы управления;

- определение показателей качества различных переходных и квазиусгаиовивиихся процессов для оценки качества работы МП системы с выбранными алгоритмами управления.

Параметры регулятора частоты вращения определялись при отсутствии воздействия регулятора мощности. Коэффициенты передачи выбирались на основании анализа их влияния на качество переходных процессов. Расчеты проводились при сбросе полной модности

генератора. На основании результатов расчета получены коэффициенты передачи регулятора частота врацения: Кр^ =- 0,С42; Кц = -5,95; КР1 =-0,00105.

Длительность переходного процесса, оцениваемая ио моменту достижения значения частоты вращения, отличающегося на - 0,3% от заданно!! величины (половина допустимой ГОСТом 1С511-83 нестабильности частоты вращения для регулятора частоты прятания 1-го класса точности), при сбросе 100$ моцностл нагрузки за счет регулятора частоты врацения с расчетными коэффициентами пэредачи составила 1,0 с, а относительное перерегулирование -2,6$.

Для проверяя устойчивости 1.31 САУ ДГ, вкллчающей регулятор частоты вращения с расчетными параметрами, проводились расчеты переходных процессов под действием следующих возмущений: увеличения частоты врацения от холостого хода до номинальной величины без нагружен®!; лаброса 100% мощпоста нагрузки; периодических синусоидального и прямоугольного возмуценил. Результаты рзс-чета' показала, что при разгсна коленчатого вала дизеля 2-5Д49 от холостого хода до номинальной частоты враютия без нагрунешш время регулирования составляет Юс. А при набросе 100$ нагрузки время регулирования и перерегулирования соответственно составили 1,6 с л 2,6$. Анализ результатов расчета показал, что Ш САУ ДГ с регулятором частоты вращения с полученными параметрами монет обеспечить высокое быстродействие при удовлетворительной сходимости переходных процессов.

Дня проверки эффективности работы регулятора мощности были проанализированы влияния его коэффициентов усиления на качество протекания пероходшгх процессов. При этом для регулятора частоты вращения принимались расчетные значения параметров. Для определения коэффициентов усиления регулятора мощности исследовались

переходные процессы при выключении вспомогательных агрегатов тепловоза. На основании полученккх результатов вабраны коэффициенты передата регулятора мощности: КП) = 0,25; Ка1=-0,05.

Относительное перерегулировшше яра мгновенном выключении вспомогательных нагрузок - 340 кВт тепловоза за счет сочетания регулятора частоты врааения с регулятором модности с полученными параметрами состсвалс 0,286^.

Для исследован»! устойчивости МП САУ ДГ проводились расчеты при действии следующих возмущений: включения вспомогательных агрегатов тепловоза; периодических синусоидального и ярямоуголь-ного возмущений. Полученные результаты показала, что регулятор мощности с данными параметрами обеспечивает полное использование свободной мощности дизеля и удовлетворительное качество переходных процессов.

Для определения коэффициентов передачи регуляторов МЛ САУ ДГ и моментов переключения по относительным значениям частоты вращения вала ДГ к цикловой подачи топлива расчеты проводились при переходном процессе увеличения частота вращения и дадноста с холостого хода на иомкнадышй режим-работы ДГ. На основании результатов расчета получены оптимальные коэффициенты передачи регуляторов к устазкк ах переключения:

|\ 0,042 при (Бс /Вз) > 0,97

Кр0,020 при (^ /шз) г 0,35 ;

0,002 при (/и}з) < 0,95

- 5,95 при (В». /Вз) * 0,57

- 20 при (и\ /и)з) ) 0,55 ;

- 375 при ( Ч /ч!з) < 0,95

- 0,00105 при (В*. /Вз) > 0,97 О при /Вз) < 0,97 '

- 1у -

2,5 6,35 34 О

при (Бь /Вз) ^ 0,97 при ( А>з) > 0,37

Кп

при 0,90 ^ ( < 0,97 ;

при ( Й /щз) < 0,90

при (В4. /Бз) ? 0,97 при (Бь /Вз) < 0,97

Кривые переходного процесса разгона и нагруяения ДГ приведены па рио.2. При расчетных значениях параметров !Ш САЗ* ДГ пре-мя переходного процесса составляет 42 с, а заданноа значение частоты вращения достигалось за 15 с. Длительность регулирования дизель-генератора 239ДГ тепловоза 2ТЭ121 со штатной системой управления составляет 57 с, гад яго МП САУ ДГ позволяет уменьшить время переходного процесса на 26,3$.

Дот проверки эффективности работа МП САУ ДГ были проведены расчеты в роягмах увеличения модности нагрузки с холостого хода на 21,8$, 46,5$, 74,8^ номинальной мощности. Результаты расчетов показали, что МП 0/У ДГ с предложенными алгоритма,и управления мелет работать в любом режиме работы ДГ и обеспечивает устойчивую работу систеш с удовлетворительными показателями качества управления.

Для оценки эффективности прпмзления МП САУ ДГ тепловоза используется критерий качества, предложенный профессором Е.Е.Кос-с-овнм. Результаты расчетных исследований показывают, что САУ ДГ тепловоза, реализующая предложенные алгоритмы управления с переменными кезффтщдзнтами передачи, иоззоляет повысить топливную эффективность на

Переходный процесс.дизель-генератора 2В9ДГ при увеличении частоты вращения и нагрузки с холостого хода на номинальный рехии

н

1/с

105 Вт

93 кг/с

85 О .176

75 . О .160 Р

65 0 .144. кВт

55 0 .123 3168

45 0 .112 2880

35 0 .096 2592

0 .080 2304

0 .064. 2016

0 .048 1728

0 .032 1440

О .016 1152

О .ООО 864

576 288 О

ю

/■

/ ' / /

/

{,/ У /

/

з, /л

а /

Гг

16 24

Рис.2

ав

ОСНОВНЫЕ В1ЛЮД1 И РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

1. Существующие традшионние системы автоматического управления дизель-генераторамн тепловозов недостаточно аффективны. Для улучгаения переходных процессов ДГ основным! препятствиями применения таких систем являются конструктивные сложность и громоздкость; недостаточные надежность и точность управлта-цих устройств.

2. Микропроцессорные системы автоматического управления ДГ тепловозов являются наиболее перспективным;! для решения задач улучшения качества протекания переходных процессов. Внедрение Ш техники в системах управления ДГ позволяет повысить надежность и долговечность деталей, уменьшить удельны.'! расход топлива, обеспечить необходимые динамические свойства тепловозов и более полную адаптацию дизелей к стохастическим переменным режимам работы, говысить технико-экономические показатели тепловозов.

3. Для улучшения качества протекания переходных процессов дизеля с учетом возможностей МП систем управления разработаны алгоритмы управления,. построенные на основе Е1Д- и Ш-зпконов для регулирования частоты вращения и мощности ДГ с переменными коэффициентами передачи, величины которых определяются по относительным текущим значениям частоты вращения вала ДГ а цикловой подачи топлива.

4. Разработанная функциональная схема 1.!П С А! ДГ, реаллзув-цая предложенные алгоритмы управления, позволяет улучшать качество протекания переходных процессов во всем диапазоне изменения частоты вращения и мощности путем изменения коэффициентов передачи регуляторов, не изменяя аппаратной части микропроцессорной системы управления.

5. Разработаны метода определения периода управления и требования к устройству связд микропроцессорной системы с объектом. При выбранном периоде управления, равном 0,1 с, для обеспечения допустимой нестабильности 0,0$ (по требованию ГОСТа 10511-83) минимальные значения разрядности счетчика и количества зубцоз датчика частоты вращения не долязш быть меньше 10 и 585.

6. Разработанный алгоритм расчета переходных процессов позволяет определить коэффициенты передачи регуляторов частоты вращения вала к мощности ДГ при обеспечении допустимых величии углового ускорения коленчатого вала и темпа увеличения нагрузки дизеля.

7. МП система управления ДГ с полученными переменными ко-эКнциаитамз позволяет уменьшить время переходного процесса при увеличении частоты врг.ценгл и мощности о холостого хода но ко-мянадьный режим на 25,35 (42 с по сравнению с 57 с). Умонькошк? времени переходного процесса п ускорение разгона колончатого вала соответственно позволяет снизить удельны" расход топлива. МП САУ ДГ тепловоза, реалнзущая яреддошшао алгоритм управления с переменными коэйздиеигам:: передачи, позволяет повысить товливиу» оК;ектшюст!. яг. 25.

6. Разработанная структура олгор;1Т:,21 МЛ спсте.'.ы уярав-ленлч дозель-генераторо« тепловоза могут использоваться при разработке МЛ систем упраздняя друг»; назначений. -

Основные шлояеная диссертация изложены в следующих статьях:

I. Молчанов А.К., Гусль иоугуж. Агго^япа управления ди-зель-геноратором тепловоза ар;;«!;«;::".: микропроцессорной система управления / '..СП. - V.,, 1£?3. - 15 с. - Дев. в ЦС;??.! :,;ПС 5870-17,5-3,

2. Гуань Шоущуаи. Исследование эффективности разработанных алгоритмов управления дизель-генератором при применении микропроцессорной системы управления / ЛЙИГ. - М. ,1993. - 19 с. Деп. в ДГШТЭИ МПС й 5871-Щ93.