Исследования по совершенствованию алгоритмов управления тепловозом (ТЭ10), страница 7

 ,                                     (3.9)

где  - допустимая величина приемистости ДГ тепловоза по мощности, Вт/с.

Структурная схема МП САУ ДГ тепловоза, позволяющая реализовать предлагаемые алгоритмы управления

Рис.3.3.

Разработанная МП САУ ДГ тепловоза позволяет улучшить переходные процессы разгона и нагружения ДГ во всем диапа­зоне изменения частоты вращения и нагрузки.

3.5. Выводы

1. Микропроцессорные системы управления дизель-генераторами
тепловозов являются наиболее перспективными для решения
задач улучшения качества протекания переходных процессов.

2. Для уменьшения длительности переходных процессов при ограничениях максимальной цикловой подачи топлива, ускорения коленчатого вала дизеля и темпа увеличения мощности
тягового генератора целесообразно использовать алгоритмы
управления, где для регулирования частоты вращения и мощ­ности соответственно применяются ПИД- и ПИ-законы с переменными коэффициентами передачи. Переключение коэффициентов передачи регуляторов осуществляется в точках» опреде­ляемых относительными частотой вращения  и цикловой
подачей топлива дизеля.

3. Для качественного протекания рабочего процесса дизеля
расчетный сигнал управления топливоподачей определяется
с учетом ограничений по давлению  и температуре  над­дувочного воздуха и коэффициенту избытка воздуха .

4. Разработанная структурная схема МП САУ ДГ позволяет реа­лизовать принятые алгоритмы управления.

4. ИССЛЕДОВАНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ РАЗРАБОТАННЫХ АЛГОРИТМОВ УПРАВЛЕНИЯ ДИЗЕЛЬ-ГЕНЕРАТОРОМ ТЕПЛОВОЗА ПРИ ПРИМЕНЕНИИ МИКРОПРОЦЕССОРНОЙ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ

Исследование эффективности разработанных алгоритмов уп­равления дизель-генератором (ДГ) тепловоза проводилось на математической модели микропроцессорной (МО) системы управ­ления дизель-генератором.

4.1. Математическая модель микропроцессорной системы управления дизель-генератором

Математическая модель МП системы управления ДГ тепло­воза состоит из алгоритмов управления и системы дифферен­циальных уравнений ДГ тепловоза. 6 данной работе использо­вана система нелинейных дифференциальных уравнений, опреде­ленная профессором Е.Е. Коссовым [8].

Уравнение вращательного движения вала ДГ:

,                                                    (4.1)

где  - приведенные момент инерции движущихся масс к оси вала ДГ, кг·м²;

 - угловая скорость вала ДГ, рад/с;

  - время, с;

 - соответственно моменты, создаваемые силами газов, механическими сопротивлениями дизеля, вспомогательными нагрузками и генератором, Н·м.

Так как между моментом М и мощностью Р существует зависимость , уравнение (1) может переписываться в следующей форме:

,                                                          (4.2)

Индикаторная мощность дизеля:

,                                                                                 (4.3)

где  -  коэффициент пропорциональности;

 - низшая теплота сгорания топлива, кДж/кг;

 - количество цилиндров дизеля;

 - коэффициент тактности;

 - индикаторный к.п.д.;

 - цикловая подача топлива, кг/цикл;

Индикаторный к.п.д. аппроксимирован по частоте вращения  и коэффициенту избытка воздуха :

,                (4.4)

где  - постоянные.

Коэффициент избытка воздуха:

,                                                                                      (4.5)

где  - расход воздуха, кг/с;

 - теоретически необходимое количество воздуха для сгорания 1 кг дизельного топлива;

 - секундный расход топлива, кг/с.

Мощности механических потерь дизеля и вспомогательных нагрузок зависят от частоты вращения вала ДГ и могу быть аппроксимированы соотношениями:

,                                                                               (4.6)

,                                                                   (4.7)

где  - постоянные.

Мощность генератора  состоит из двух частей:

,                                                                                   (4.8)

где  - часть мощности генератора, зависящая от частоты вращения вала ДГ;

,                                                                             (4.9)

 - непосредственно регулируемая часть мощности генератора, зависящая от управляющего воздействия  регулятора мощности;

,                                                                                        (4.10)

где  - постоянные.

При расчете переходных процессов расход воздуха, определенный в каждом цикле расчета, должен обеспечить выполнение условия:

,                                                                               (4.11)

где  - перепад давления в каждом элементе и агрегате дизеля;

 - количество элементов и агрегатов дизеля;

 - заданная точность расчета.

Анализ [9] показывает, что форсунки с электронным управлением можно считать запаздывающими звеньями. При расчете переходных процессов пренебрежимо запаздывание процесса формирования цикловой подачи топлива (время запаздывания по сравнению с шагом цикла расчета значительно мало). При этом допущении величина цикловой подачи топлива прямо пропорциональна величине управляющего воздействия регулятора частоты вращения.

Алгоритмы управления ДГ определены ПИД-законом [10] для регулятора частоты вращения и ПИ-законом для регулятора мощности с переменным коэффициентом передачи:

,      (4.12)

где  - коэффициенты передачи регулятора частоты вращения;

 - уставки переключения структуры регулятора частоты вращения;

 - интегральная составляющая управляющего воздействия регулятора частоты вращения в предыдущем (i-1–ом) шаге;

 - период управления, с;

 - величина управляющего воздействия регулятора мощности в текущем (i-ом) шаге;

 - интегральная составляющая управляющего воздействия регулятора мощности в предыдущем (i-1-ом) шаге;

 - коэффициенты передачи регулятора мощности;