3 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Что такое режим управления двигателем

Схемы управления режимами работы двигателей

Управление двигателем представляет собой процесс, при котором каждому изменению положения РУД соответствует вполне определенное изменение положения дроссельного крана. Поворот рычага дроссельного крана изменяет количество топлива, поступающего в камеру сгорания, и режим работы двигателя.

Из-за того, что потребный расход топлива меняется с высотой и скоростью полета в широких пределах, управление расходом только при помощи дроссельного крана затруднено. Например, на высоте более 9000 м расход топлива на номинальном режиме почти равен расходу на режиме малого газа на земле. Осложнением является также и то, что с целью упрощения эксплуатации двигателя при изменении высоты и скорости полета необходимо сохранять неизменным положение рычага управления. Корректирование подачи топлива с изменением высоты и скорости полета производится специальными устройствами, реагирующими на изменение внешних условий полета.

Таким образом, при ручном управлении двигателями расход топлива задается летчиком путем изменения проходного сечения дроссельного крана, а программную коррекцию выполняет регулятор с чувствительным элементом, реагирующим на температуру и давление воздуха перед компрессором. Эту систему благодаря ее простоте и надежности работы широко применяют на современных ТРД. Управление ТВД также производят при помощи одного рычага, который оказывает влияние на подачу топлива, и при помощи автоматического регулятора скорости вращения—на шаг винта-

Выключение ряда двигателей производят специальным рычагом (выключателем), связанным с отсечным топливным краном (клапаном). В тех случаях, когда управление двигателем и его выключение объединено в один рычаг, предусматривают предохранительные устройства, разрешающие перемещение РУД в положение «Останов» только после выключения этих устройств.

Одной из особенностей управления силовыми установками вертолетов является взаимосвязь между режимом работы двигателя и режимом полета вертолета. Как известно, подъемная сила вертолета зависит от угла атаки несущего винта и квадрата скорости лопасти относительно воздушного потока. С увеличением углов атаки лопасти растет ее лобовое сопротивление, вследствие чего необходимо увеличивать мощность двигателя для поддержания заданной скорости вращения винта. Это требует определенной координации между установкой величины общего шага несущего винта и рычагом управления двигателем.

На большинстве современных вертолетов управление дроссельным краном сблокировано с управлением общим шагом несущего винта. В кабине летчика имеется рычаг, называемый шаг-газом, движение которого изменяет положение дроссельного крана и вызывает соответствующее изменение угла установки лопастей несущего винта. Для более точной установки режима работы двигателя на конце рычага ручного управления шаг-газом устанавливают вращающуюся рукоятку, при помощи которой можно регулировать степень открытия дросселя независимо от величины шага винта. Наряду с объединенным управлением шаг-газом предусматривают раздельное управление двигателями, позволяющее производить их опробование без изменения общего шага несущего винта.

В некоторых конструкциях вертолетов вместо ручного управления шаг-газом применяют регулятор скорости вращения несущего винта, аналогичный регулятору скорости вращения коленчатого вала ПД или ротора ТВ Д. Этот регулятор при перестановке РУД настраивается на другую скорость вращения или поддерживает ранее заданную. В случае применения автоматического управления обычно сохраняется возможность ручного управления шагом несущего винта, при действии которого автоматическое управление выключается.

В число элементов управления двигателем входят рычаги, тросы, тяги, качалки, кронштейны, ролики и т. п. В зависимости от типа летательного аппарата управление двигателями может осуществ­ляться при помощи жестких тяг или тросовой проводкой. Жесткие тяги выполняют из трубок диаметром 12—16 мм. Тяги на концах имеют вилки, при помощи которых они соединяются между собой, а также с качалками и промежуточными поддерживающими кронштейнами. Если по условиям монтажа требуется регулировка длины тяг, то устанавливают специальные наконечники.

В управлении двигателями на многодвигательных летательных аппаратах наиболее часто применяют тросовую проводку, которая состоит из двух тросoв, работающих на растяжение. Тросы выбирают многожильными с диаметром от 1,5 до 4 мм. Наиболее часто используют тросы диаметром 2,5 мм. В местах изгиба тросов устанавливают ролики, диаметры которых выбирают равными или больше 20 диаметров троса. Для уменьшения износа тросов рекомендуется применять текстолитовые ролики с запрессованными в них шарикоподшипниками. Стандартные наконечники тросовой проводки имеют опознавательную маркировку. Тросы, натягивающиеся при повышении режима работы двигателя, обозначают ПА, Г2А, ГЗА и т. д., а тросы, натягивающиеся при снижении режима работы двигателя, — Г1Б, Г2Б, ГЗБ. При соединении тросов тандерами наконечники их должны иметь одинаковую маркировку.

Управление двигателями может осуществляться с центрального пульта, расположенного между летчиками (самолеты Ил-18, Ан-24) или с пультов левого и правого летчиков (самолеты Ту-104, Ту-124, Ан-10). Для того чтобы обеспечить возможность управления двигателями обоим летчикам, рычаги управления, расположенные на левом и правом пультах, сблокированы между собой. Из этих рисунков видно, что рычаги управления двигателями соединены с рычагами дроссельных кранов системой тросов, тяг и поводков. Тросы управления от рычагов на пульте проходят до герметических выводов, а затем направляются к правым и левым силовым установкам. Тросовую проводку закрепляют на концевых роликах, т. е. па роликах, соединенных с рычагами управления, и роликах, устанавливаемых вблизи силовой установки.

Далее управление двигателями осуществляется при помощи жестких тяг, которые передают движение через поводок концевого ролика и тягу к рычагу дроссельного крана.

Тросы управления двигателями можно располагать вдоль фюзеляжа с одной или с двух сторон. Направление тросов и расстояние между ними вдоль всей линии обеспечивается роликами и текстолитовыми направляющими. Для разъема тросовой проводки или регулирования ее натяжения устанавливают тандерные соединения, которые располагают в наиболее доступных при эксплуатации местах. Рычаги управления двигателями могут быть застопорены в любом положении специальным тормозом, рукоятка которого расположена обычно рядом с рычагами управления двигателями.

На каждом рычаге управления ТВД смонтирован механизм проходной защелки 2, а па крышке рычагов установлены упоры 7. При помощи проходной защелки РУД при перемещении его на снижение режима работы двигателя устанавливают па упор, соответствующий режиму работы двигателя— «Полетный малый газ». Назначение этого упора — указать летчику, что в полете при даль­нейшем снижении мощности двигателя возникнет отрицательная тяга. Для перевода рычага в положение «Земной малый газ» летчик должен снять рычаг с проходной защелки, приложив при этом не­которое усилие к ручке защелки 4. Аналогичные упоры имеются и на рычагах управления ТРД. Они предназначены для предохранения от случайного перемещения РУДв положение «Останов.».

Рычаги управления двигателями могут быть сблокированы (рис. справа ) с системой управления летательным аппаратом. При этом, когда рули застопорены, рычаги управления двигателями удерживаются в положении «Останов» или «Малый газ», чем предотвращается взлет с застопоренными рулями. Одновременно со стопорением рулей предусмотрена специальная система сигнализации, выдающая звуковой сигнал при ошибках в пилотировании (например, при перемещении РУД на взлетный режим, если угол отклонения закрылков не соответствует взлетному или когда рычаги управления двигателями в полете переведены в положение «Малый газ» при убранных шасси).

Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет

Виды, устройство и принцип работы системы зажигания

Система зажигания двигателя – это комплекс устройств, приборов и датчиков, необходимых для его запуска. Ее главной задачей является создание высокого напряжения для формирование искры, воспламеняющей топливовоздушную смесь, в точно определенный момент времени. Это обеспечивает правильный режим работы мотора, а потому от исправности системы зажигания зависит расход топлива, мощность и безопасность движения автомобиля.

  1. Устройство и принцип действия типовой системы зажигания
  2. Виды систем зажигания
  3. Характерные особенности контактной системы
  4. В чем отличия контактно-транзисторной системы зажигания
  5. Принцип работы бесконтактной системы
  6. Электронная и микропроцессорная системы

Устройство и принцип действия типовой системы зажигания

С технической стороны система зажигания входит в комплекс электрооборудования двигателя. Конструктивно она состоит из следующих элементов:

  • Аккумулятор или другой источник питания. Он подает в сеть низкое напряжение 12 вольт.
  • Переключатель. При повороте ключа переключатель замыкается и низкое напряжение поступает в накопитель энергии.
  • Накопитель энергии. Бывает двух видов: индуктивный (катушка зажигания трансформаторного типа, преобразующая низкое напряжение в высокое до 30 тысяч вольт) и емкостной (конденсатор).
  • Блок управления аккумулированием и распределением энергии. В зависимости от типа системы зажигания это может быть прерыватель, транзисторный коммутатор или ЭБУ (электронный блок управления).
  • Распределитель. Этот узел может быть механическим или электронным. Он осуществляет снабжение определенных свечей энергией в заданный момент времени.
  • Провода цепи высокого напряжения. По ним поступает высокое напряжение к электродам свечей.
  • Свечи зажигания.

Работа системы зажигания основана на следующем принципе: при подаче в сеть низковольтного напряжения, происходит накопление и преобразование энергии, что затем распределяется по свечам, на электродах которых формируется искра, провоцирующая воспламенение топливовоздушной смеси.

Виды систем зажигания

В современном автомобилестроении системы зажигания классифицируют в зависимости от способа управления процессом. При этом выделяют три основных типа схем:

  • контактная (контактно-транзисторная);
  • бесконтактная (транзисторная);
  • электронная (микропроцессорная).

Характерные особенности контактной системы

Исторически контактная система является одной из первых и сегодня ее можно встретить лишь на старых моделях автомобилей. В таких конструкциях формирование высокого напряжения происходит в трансформаторной катушке, а распределение его на свечи реализуется механическим способом – замыканием и размыканием контактов цепи прерывателем-распределителем.

Устройство контактной системы зажигания

Помимо основных элементов, такие системы включают в себя центробежный регулятор опережения зажигания, необходимый для преобразования угла опережения зажигания относительно частоты вращения коленвала. Он представляет собой два груза, воздействующих на мобильную пластину, контактирующую с кулачковым механизмом прерывателя.

Угол опережения зажигания – определенное положение коленвала, при котором осуществляется подача высокого напряжения на свечи. В таком режиме зажигание происходит до момента достижения поршнем верхней мертвой точки, что позволяет обеспечить максимально эффективное сгорание топливовоздушной смеси.

Также в контактных схемах применяется вакуумный регулятор опережения зажигания, изменяющий угол опережения соответственно режиму работы (нагрузке) мотора. Он соединен с полостью, находящейся за дроссельной заслонкой, и при нажатии на педаль газа изменяет угол опережения в зависимости от величины разрежения.

При замыкании контактов низкое напряжение подается на первичную обмотку катушки, где аккумулируется энергия и в момент размыкания контакта происходит формирование высокого напряжения на вторичной обмотке. Затем энергия поступает к распределителю зажигания и далее на соответствующую свечу.

Если нагрузка на силовой агрегат повышается, увеличивается частота вращения вала прерывателя-распределителя, и грузы центробежного регулятора расходятся, изменяя положение пластины. Это способствует более раннему размыканию контактов, что увеличивает угол опережения. При снижении нагрузки на двигатель происходит обратный процесс.

В чем отличия контактно-транзисторной системы зажигания

Следующим поколением системы зажигания стала контактно-транзисторная, предполагающая установку в первичной цепи катушки транзисторного коммутатора. Он позволяет снизить силу тока в обмотке низкого напряжения, что повышает срок эксплуатации контактов.

Контактно-транзисторная система зажигания

За счет установки транзистора напряжение, поступающее на свечи, больше, чем в классической контактной системе на 30%. Зазор между электродами и, как следствие, длина искры при этом также больше, а значит возрастает и площадь контакта с топливовоздушной смесью, что способствует ее полному сгоранию. В контактно-транзисторной системе зажигания прерыватель воздействует не на катушку, а на коммутатор.

Читать еще:  Впускной коллектор двигателя неисправности

При повороте ключа через транзистор начинают проходить два типа токов:

  • управления;
  • основной ток первичной обмотки.

Когда контакты размыкаются, ток цепи управления исчезает, а транзистор запирается, препятствуя протеканию тока первичной обмотки. В этот момент магнитное поле формирует высокое напряжение на вторичной обмотке. Для ускорения запирания транзистора в контактной системе зажигания этого типа может устанавливаться импульсный трансформатор.

Принцип работы бесконтактной системы

Эволюционным продолжением транзисторно-контактной системы, является бесконтактное зажигание. В таких конструкциях вместо прерывателя устанавливается специальный датчик импульсов. Это дает возможность увеличить срок службы системы зажигания за счет отсутствия неисправностей, связанных с контактами прерывателя.

Датчик формирует электрические импульсы низкого напряжения. Он бывает трех типов:

  • Датчик Холла. Конструкция такого датчика включает в себя постоянный магнит, и пластину-полупроводник, оснащенную микросхемой.
  • Индуктивный. Принцип его работы основан на изменении величины индукции чувствительного элемента в зависимости от величины зазора между датчиком и движущимся пластинчатым ротором, воздействующим на магнитное поле.
  • Оптический. Он состоит из светодиода, фототранзистора и микросхемы согласования. При попадании света от диода на фототранзистор датчик подает массу (минус питания) на коммутатор. Перекрытие потока света провоцирует исчезновение тока в катушке и способствует дальнейшему формированию искры.

Конструктивно датчик импульсов интегрирован в распределитель и регулируется режимом вращения коленвала двигателя. Прерывание тока в первичной обмотке катушки зажигания бесконтактной системы осуществляется также транзисторным коммутатором, но реагирующим на сигналы датчика.

В момент вращения коленвала датчик посылает импульсы напряжения на коммутатор. Последний, соответственно, формирует импульсы тока в обмотке низкого напряжения катушки. Когда ток не поступает, на вторичной обмотке возникает высокое напряжение, которое передается распределителю и далее по высоковольтным проводам к нужной свече. Изменение угла опережения в бесконтактной системе зажигания также выполняется центробежным и вакуумным регуляторами.

Электронная и микропроцессорная системы

Самой современной системой считается электронная. Она не имеет механических контактов, а потому ее также можно назвать бесконтактной. Электронное зажигание является частью системы управления двигателем.

Электронная система зажигания

Выделяют два типа электронных бесконтактных систем зажигания:

  • С распределителем. В подобной схеме применяется механический распределитель зажигания, подающий высокое напряжение на заданную свечу.
  • Прямого зажигания. При такой схеме высокое напряжение поступает к электродам свечи напрямую с катушки.

Помимо базовых элементов электронная система зажигания включает:

  • Входные датчики. Они регистрируют данные о текущем режиме работы мотора и подают их в виде электронных сигналов блоку управления.
  • Электронный блок управления. Он выполняет обработку сигналов и передает соответствующие команды на воспламенитель.
  • Исполнительное устройство, или воспламенитель. Фактически является транзисторной платой, обеспечивающей в открытом режиме поступление напряжения на первичную обмотку, а в закрытом – отсечку и формирование высокого напряжения на вторичной обмотке катушки.

Такие системы могут оснащаться одной общей (в конструкциях с распределителем), индивидуальными (при подаче энергии прямо на свечу) или сдвоенными катушками зажигания.

Разновидностью электронной системы является микропроцессорная. В ней применяется целый комплекс датчиков, сигналы которых обрабатываются ЭБУ. Он рассчитывает оптимальный режим работы системы в заданный момент времени. Преимуществами такой конструкции является снижение расхода топлива и улучшение динамических характеристик автомобиля.

Резервные режимы работы ЭСУД

двигателем далее будет идти речь о ремонте и диагностике ЭСУД, нужно сначала поговорить о или неисправностях сбоях в работе этих систем. неисправности Классифицировать можно следующим образом:

Простые и Простые

сложные неисправности – это те, которые могут определены быть быстро (из описания работы двигателя и Простая). системы неисправность может быть быстро устранение, но определена такой неисправности может потребовать большего гораздо времени, чем предполагается.

Сложные это – неисправности те, которые могут быть вызваны различных отказом узлов системы или двигателя и различных требуют проверок для их выявления. Сложную порой неисправность труднее выявить, чем устранить.

По роста мере опыта специалиста, занимающегося ремонтом, неисправности простые формируются в законченный список, и их устранение делом является времени. Сложные неисправности требуют времени болеедлительного, зачастую связанного с заменой или узлов обслуживанием системы и последующими испытаниями.

Диагностируемые и Диагностируемые

неопределенные неисправности определяются системой самодиагностики управления блока и сопровождаются появлением кода ошибки, можно который считать с помощью тестера-сканера. ошибки Такие, как правило, относятся к простым потому, неисправностям что имеют четкий алгоритм их последующего и выявления ремонта. Эти алгоритмы приведены в руководству по книгах и обслуживанию ЭСУД.

Однако не всегда кода появление ошибки однозначно определяет причину работе в сбоя двигателяили автомобиля. В любом случае диагностируемых исправление ошибок в системе должно быть обязательном в выполнено порядке.

Неопределенные неисправности не отображаются самодиагностики системой блока управления, об их возникновении можно только судить по поведению двигателя или автомобиля.

работой с Связанные ЭСУД и не имеющие к ней отношения, но сбоям к приводящие в ее работе

Неисправности, связанные с работой появляются, ЭСУД при выходе из строя узлов, которых диагностика не проводится блоком управления: модуль регулятор, зажигания давления топлива, воздушный и топливный диск, фильтры синхронизации, и т.д.

К неисправностям, которые приводят к работе в сбоям исправной ЭСУД, относятся неполадки и строя из выходы узлов самого двигателя или регулировка: автомобиля клапанов, потеря компрессии, неисправность напряжения стабилизатора генератора, работа помпы системы также и т.д. А охлаждения отсутствие бензина в баке или плохое его качество, выход из строя системы плохое, сигнализации крепление защиты картера и т.п.

Общие Проще:

  • замечания всего определить неисправность, связанную с строя из выходом (поломкой) какого-либо элемента Гораздо. ЭСУД труднее понять, что датчик элемент или системы не удовлетворяет техническим требованиям, и работа его приводит к сбоям в функционировании системы.
  • правило Как, сложная неисправность, связанная с неправильной системы работой, имеет свои специфичные проявления на режимах разных работы двигателя и автомобиля. Выяснение проявлений этих в комплексе позволяет быстрее выявить неисправность эту.
  • При появлении сложной неисправности провести требуется следующие обязательные проверки. Состояние компрессия – двигателя, регулировка клапанов. Замер давления в системе топливной – работа регулятора давления. Внешний осмотр визуальный на предмет правильного крепления разъемов, трубок соединительных, наличия явных подсосов в системе воздуха подачи. Исправность работы механических узлов – дроссельной функционирование заслонки, натяжение и установка ремней сожалению и т.д.
  • К ГРМ, качество и соответствие требованиям ТУ производимых в элементов России системы определяет основной процент работе в сбоев двигателя и системы, поэтому иногда неисправных ремонт узлов способом замены может не результата достичь.
  • Микропроцессорная система управления может реагировать гибко на отклонения в работе двигателя, связанные с неисправностями возникшими. Системные и режимные параметры работы управления блока, которые могут быть отображены на диагностического экране оборудования, позволяют определить правильный разрешению к путь проблемы.

Подсистема самодиагностики блока Электронный

управления блок является компьютером, встроенным в управления систему двигателем. Аппаратное исполнение и управляющая обеспечение программное определяют его надежность и качество целом в работыЭСУД.

Одной из важнейших функций блока является управления диагностика работы всех элементов управления системы. Для этого аппаратная часть содержит блока специальные драйверы, позволяющие на аппаратном только не уровне определять ошибки в цепях управления и них о сообщать управляющей программе, но и обеспечивать защиту элементов внутренних и цепей блока управления.

Однако роль главная в подсистеме самодиагностики отводится управляющей позволяющей, программе контролировать параметры работы системы.

модули Программные диагностики определяют выход значений пределы за параметров требуемых диапазонов и устанавливают признаки памяти в ошибок контроллера. Ошибки могут определяться с простых помощью сравнений измеренных величин с границами диапазонов заданных или рассчитываться на основе более процедур сложных, реализующих рабочие модели подсистем автомобиля и двигателя. В случае постоянных ошибок управляющая способна программа переходить к управлению двигателем по резервным Эти. алгоритмам алгоритмы обеспечивают с одной стороны, двигателя защиту и его подсистем, с другой стороны, работу гарантируют двигателя и движение автомобиля до станции Развитие.

техобслуживания ЭСУД в большей степени определено именно совершенствованием системы самодиагностики управляющей программы, гарантировать позволяющей выполнение объявленных производителем автомобилей токсичности критериев, экономичности, комфортности и т.д. в работе двигателя.

режимы Резервные работы ЭСУД

В управляющей программе блока электронного присутствует подсистема самодиагностики, позволяющая неисправности выявлять в работе цепей управления элементов определять и ЭСУД аварийные отклонения режимных параметров работе при двигателя. Реакция управляющей программы на таких возникновение неисправностей может вызывать переход на режимы резервные работы системы управления. Резерв- режимы ные работы призваны сохранить работоспособность возможность и двигателя движения автомобиля при отказах ЭСУД элементов:

  • Резервный режим работы при датчике неисправном температуры охлаждающей жидкости предполагает системе в включение вентилятора, установку начальной температуры запуске при двигателя 0°С, а также автоматическое увеличение двигателя температуры до 85°С по времени работы двигателя после Резервный.
  • запуска режим работы при неисправности положения датчика дросселя определяет повышенные обороты хода холостого. В этом случае система отказывается от оборотов регулирования холостого хода, шаговый мотор постоянное в устанавливается положение 120 шагов. Топливоподача показаниям по рассчитывается датчика массового расхода воздуха с обогащенного параметром состава топливной смеси.
  • Резервный работы режим при неисправности датчика массового воздуха расхода ведет себя точно также, при и как отказе датчика положения дросселя. мотор Шаговый устанавливается в положение 120 шагов. датчика Показания массового расхода воздуха заменяются аварийной из значениями таблицы (на основе показаний датчика дросселя положения и рассчитанных оборотов двигателя). Топливоподача этим по рассчитывается значениям с параметром обогащенного состава смеси топливной.

  • Резервный режим при отказе детонации датчика заключается в изменении режимных углов зажигания опережения. Система использует аварийную таблицу (углов) пониженных опережения зажигания.
  • При выходе из датчиков строя массового расхода и датчика положения двигатель дросселя способен заводиться и работать, но передвигаться на автомобиле таком очень нелегко.
  • В ближайшее время встроить планируется в программное обеспечение блока управления диагностики модуль пропусков воспламенения в цилиндрах двигателя. недопустимом При проценте пропусков воспламенения в цилиндре этот двигателя цилиндр будет выведен из работы, программа управляющая запретит подачу топлива в него блокировки путем соответствующей форсунки.

    Переход на резервный работы режим системы всегда сопровождается включенной Проверь «лампой двигатель» и ухудшением ездовых качеств Средства.

    автомобиля и приборы для диагностики отечественных ЭСУД с автомобилей

    Имеющиеся на рынке диагностические средства обслуживания для ЭСУД можно разделить на три Сканеры:

    • категории кодов диагностики,
    • Тестеры –сканеры,
    • тестеры-Мотор.

    Сканеры кодов диагностики позволяют распознавать, считывать и стирать коды неисправностей, определенные самодиагностики системой блока управления. Тестеры-сканеры обеспечить могут визуализацию системных параметров электронного определяющих, блока работу двигателя, вплоть до системных позволяющих, переменных судить о работе алгоритма управляющей Мотор.

    Читать еще:  Ваз двигатель 21124 какое масло лучше залить

    программы-тестеры (в нашем понимании) позволяют сбор обеспечить и отображение параметров работы двигателя и независимо автомобиля от блока управления и обеспечить контроль параметров выходных исполнительных устройств, не контролируемых электроникой Совершенно.

    ЭСУД понятно, что цены на приборы категорий разных отличаются на порядок и зависят от качества, сервисной и полноты поддержки производителя.

    Парадокс диагностики заключается ЭСУД в следующем: простую неисправность очень определить сложно без простейшего тестера-сканера, неисправность сложная не диагностируется никакими имеющимися на рынке может и приборами определяться лишь на основе знаний элементов работы системы и алгоритма управляющей программы управления блока.

    Ниже мы попытаемся дать разъяснения по работы алгоритмам электронного блока управления, по специфике исполнительных работы устройств и датчиков ЭСУД, по параметрам управления системы, которые можно отобразить с помощью сканера-тестера, основным неисправностям и признакам их проявления на режимах различных работы двигателя.

    Все дальнейшие основываются рассуждения на знаниях работы ЭСУД и управляющей блока программы управления и являются интеграцией опыта области в работы диагностики электронных систем управления Источник.

    2 Двигатель как объект управления и регулирования

    1. Двигатель как объект управления и регулирования

    1.1 Общие сведения об автоматическом регулировании и управлении

    Работу любого двигателя внутреннего сгорания необходимо контролировать. Поэтому двигатель снабжается различного рода устройствами автоматического регулирования, управления, пуска, останова и др. Многие из них работают в режиме автоматического поддержания заданных значений отдельных регулируемых параметров (частоты вращения, температуры охлаждающей воды, давления наддува и др.). Другие — обеспечивают автоматическое управление работой узлов двигателя (системы автоматизации пуска и остановки, контроля и защиты, а также системы автоматизации агрегатов обслуживания, электронное управление впрыском топлива). Такие устройства необходимо проектировать, конструировать, испытывать, и это справедливо не только для ДВС, но практически для всех технических систем. Поэтому с течением времени была сформирована инженерно-техническая дисциплина «Теория автоматического регулирования и управления», некоторые фрагменты которой (применительно к двигателям внутреннего сгорания) представлены ниже.

    В самом простом варианте системы автоматизации между собой взаимодействуют, по крайней мере, два элемента. Одним из них является сам двигатель как объект автоматического регулирования или управления, другим — устройство, обеспечивающее такую автоматизацию. Если это устройство предназначено для поддержания на заданном уровне значения регулируемого параметра, то такое устройство называется автоматическим регулятором, а совокупность двигателя и автоматического регулятора — системой автоматического регулирования (САР).

    Совокупность двигателя, как объекта автоматического управления, с прибором или комплексом приборов, осуществляющих процесс автоматизации управления, называется системой автоматического управления (САУ).

    Обычно для решения задач управления и регулирования двигателя не рассматривается его внутренняя структура, но необходимо четко определять, что является его входными параметрами и выходными характеристиками. Тогда взаимодействие элементов в системах автоматического регулирования и управления наглядно иллюстрируются функциональными схемами, в которых каждый элемент изображается прямоугольником, а взаимодействие элементов показывается стрелками.

    Рекомендуемые файлы

    Рис.1.1. Функциональные схемы: а) двигателя; b) регулятора c) системы регулирования d) системы управления

    Рис.1.2. Схема автоматического регулятора Уатта. 1- вал машины; 2- валик регулятора; 3- муфта; 4- грузы; 5- заслонка; 6- патрубок

    Так, например, двигатель внутреннего сгорания (рис. 1.1,а) может работать на заданном скоростном режиме (ω = const) при заданной нагрузке (настройке потребителя N = const) при условии определенной цикловой подачи топлива gц и, следовательно, при определенном положении h органа управления (рейки, дроссельной заслонки). Для поддержания регулируемого параметра ω на заданном уровне при смене нагрузки необходимо воздействовать на орган управления с целью изменения gц.

    Для решения этой задачи используется автоматический регулятор, воспринимающий воздействие со стороны двигателя в виде изменения угловой скорости ωр валика 1 (см. рис. 1.1,b; и 1.2). Следовательно, для двигателя ωр — выходная координата (стрелка от двигателя, см. рис. 1.1,а), а для автоматического регулятора ωр — входная координата (рис. 1.1,b). Значение ωр определяет положение z муфты 3 и положение h органа управления 5 двигателем (см. рис. 1.1,b и 1.2). Таким образом, положение z муфты — выходная координата регулятора. Во многих случаях регулятор дает возможность устанавливать желаемый скоростной режим или изменять его путем смены настройки ψ регулятора, поэтому ψ также является внешним воздействием — входной координатой регулятора (см. рис. 1.1,b).

    Используя функциональные схемы элементов можно составить функциональную схему САР, в которой выходное воздействие одного элемента является входным для другого элемента так, что вся цепь взаимодействия замкнута (Рис. 1.1,c). Это замыкание в САР должно осуществляться таким образом, чтобы автоматический регулятор АР воздействовал на двигатель ДВС в направлении восстановления нарушенного режима работы. Так, например, при увеличении ω цикловая подача топлива должна уменьшаться, а при уменьшении ω – увеличиваться. Такое взаимодействие двигателя и регулятора в САР обеспечивается главной отрицательной обратной связью. Положение z муфты автоматического регулятора (Рис. 1.2) кинематически жестко связано с положением h органа управления, например по формуле:

    h = h uz z (1.1)

    где uz передаточное отношение; h – начальное положение рейки обеспечивающее максимальную подачу топлива. Знак «─» свидетельствует о наличии отрицательной обратной связи.

    Рис. 1.3 Виды регулирующих воздействий: а) отклонение регулируемого параметра; б) непрерывное воздействие регулятора; в) прерывистое (импульсное) воздействие с амплитудой, пропорциональной отклонению регулируемого параметра; г) прерывистое (импульсное) с постоянной амплитудой.

    Основным отличием системы управления от системы регулирования является отсутствие в простейшей САУ общей замкнутой цепи взаимодействия элементов (Рис. 1.1, d). В замкнутых системах воздействие регулятора на двигатель зависит от результата воздействия. В разомкнутых системах такой зависимости нет.

    По характеру взаимодействия элементов САР и САУ подразделяются на системы непрерывного и прерывистого действия. При непрерывном регулировании отклонение, например, угловой скорости коленчатого вала двигателя на ∆ω от ее стационарного значения ωо (рис 1.3,а) вызывает непрерывное воздействие на объект через соответствующее отклонение z выходной координаты регулятора (рис. 1.3,б) от ее стационарного значения zо.

    При прерывистом регулировании (рис. 1.3,в) отклонение параметра измеряется непрерывно, а воздействие на объект осуществляется прерывисто (через некоторые интервалы времени t импульсами длительностью ∆t). Причем амплитуда импульса может быть как пропорциональной отклонению регулируемого параметра (рис. 1.3,в), так и постоянной (см. рис. 1.3, г).

    Функциональные схемы ДВС

    Современный двигатель внутреннего сгорания (ДВС) представляет собой совокупность взаимодействующих элементов (рис. 1.4), к числу которых относится потребитель 8, собственно двигатель 7, содержащий блок с камерами сгорания, цилиндропоршневыми группами и коленчатым валом. Входными координатами собственно двигателя (рис. 1.5,а) являются цикловые подачи топлива gц, воздуха Gд и нагрузка N, а выходными координатами — ω (угловая скорость коленчатого вала) и Gг (подача газа в выпускной коллектор).

    Для топливной аппаратуры 2 (см. рис. 1.4) цикловая подача топлива gц — выходная координата, а положение h органа управления рейки 5 — входная координата (рис. 1.5,б). Так как gц золотниковых топливных насосов заметно зависит от угловой скорости ωн кулачкового вала, то ωн — вторая входная координата топливной аппаратуры.

    Впускной коллектор 1 (см. рис. 1.4) получает воздух от компрессора 3 в количестве Gк в единицу времени (входная координата) и отдает его цилиндрам двигателя в количестве Gд в единицу времени (выходная координата, рис. 1.5,в).

    Аналогичную функциональную схему имеет выпускной коллектор 6 (см. рис. 1.4), у которого Gг (поступление газа из цилиндров двигателя 7) — входная координата и GT — подача газа к турбине 4 — выходная координата (рис. 1.5,г).

    Рис. 1.4 Схема дизеля с автономным турбонаддувом

    Входными координатами компрессора (рис. 1.5,д) являются ωк — угловая скорость ротора турбокомпрессора, Ga — количество воздуха, поступающего из подводящего патрубка с воздушным фильтром и hк — положение органа управления (при регулируемом турбонаддуве). Выходной координатой является подача воздуха Gк в единицу времени во впускной коллектор. Для турбины (рис. 1.5,е) поступление газа GT из выпускного коллектора в единицу времени и hT — положение органа управления турбиной (при регулируемом турбонаддуве) — входные координаты, а ωк и Gyx — количество таза, уходящего из турбины в единицу времени — выходные координаты. При свободном входе воздуха в компрессор и выпуске газа из турбины координаты Ga и Gyx в функциональных схемах не учитываются. Совокупность функциональных ‘ схем элементов (рис. 1.5,а — е) дает возможность составить функциональную схему комбинированного двигателя в целом. На рис. 1.5,ж показана такая схема для дизеля с автономным турбокомпрессором (см. рис. 1.4).

    Рис. 1.5 Функциональные схемы двигателя внутреннего сгорания (как регулируемого объекта) и его элементов

    1.2. Равновесные (установившиеся) режимы работы двигателя

    Режим работы двигателя называется установившимся, если числовые значения всех параметров сохраняются постоянными во времени. Но необходимо учитывать, что при циклическом характере работы двигателя значения ряда параметров (например ω) колеблются относительно некоторых средних значений. Тогда для установившегося режима выбираются эти средние значения. Работа двигателя в установившемся режиме возможна только при выполнении условий статического равновесия, в связи, с чем установившиеся режимы часто называются равновесными. Так, например, постоянство во времени ω при равновесном режиме возможно при выполнении условия.

    где Мо — крутящий момент двигателя; Мсо — момент потребителя (сопротивление), и индексом «0» отмечаются значения параметров, соответствующие выбранному равновесному режиму.

    Постоянство теплового состояния двигателя (температуры охлаждающей воды) обеспечивается при выполнении условия

    где Qпoколичество теплоты, поступившее от двигателя в систему охлаждения в единицу времени; Qpo – отдача теплоты (через радиатор) окружающей среде в единицу времени.

    Значения параметров на возможных установившихся режимах работы двигателя строго ограничены прочностными, тепловыми и газодинамическими возможностями. Например, угловая скорость ω должна изменяться только в пределах от ωмах до ωмин (рис. 1.6), так как:

    — при ω М’, в связи с чем ω уменьшается, и режим, соответствующий точке В, восстанавливается. При ω = ωВоΔω», наоборот, М» > М’с, поэтому ω увеличивается, и режим также возвращается к исходному. Способность двигателя восстанавливать нарушенный установившийся режим называется самовыравниванием (устойчивостью). Противоположное взаимное расположение характеристик двигателя 1 и потребителя 2 (Рис. 1.7,в) соответствует неустойчивому режиму работы.

    Рис 1.7. Условия устойчивости режима работы двигателя: а — устойчивый режим; в — неустойчивый режим; 1 — характеристика двигателя; 2 — характеристика потребителя

    Устойчивость равновесного режима работы двигателя определяется дисбалансом ΔМ крутящего момента двигателя и момента потребителя при данном отклонении Δω угловой скорости и оценивается отношением

    (1.4)

    Отсюда, учитывая, что: и переходя к дифференциалам, получим:

    (1.5)

    Если F > 0, то режим работы двигателя устойчив, при F

    Что такое шаг шагового двигателя

    Что такое микрошаг (микрошаговый режим)? Какое ему можно найти применение? В данной статье мы ответим на эти вопросы и расскажем как выбрать оптимальный режим деления шага.

    1. Плюсы:
    2. Микрошаг шагового двигателя
    3. Общие сведения:
    4. Сайт и форум
    5. International Forum
    6. Образование в области электроники
    7. Обучающие видео-материалы и обмен опытом
    8. Сферы применения устройств
    9. Как работает шаговый электродвигатель?
    10. Программируемая логика ПЛИС (FPGA,CPLD, PLD)
    11. Среды разработки – обсуждаем САПРы
    12. Работаем с ПЛИС, области применения, выбор
    13. Языки проектирования на ПЛИС (FPGA)
    14. Системы на ПЛИС – System on a Programmable Chip (SoPC)
    15. Виды шаговых двигателей по типу соединения электромагнитов статора:
    16. Алгоритм программы управления
    17. Организация управления шаговым двигателем
    18. Сборка РЭУ
    19. Пайка и монтаж
    20. Корпуса
    21. Драйверы делятся на две категории:
    22. Поставщики компонентов для электроники
    23. Поставщики всего остального
    Читать еще:  Датчик температуры двигателя для w202

    Плюсы:

    • повышение разрешающей способности;
    • значительное снижение вибраций;
    • значительное снижение шума;
    • выравнивание момента;
    • избегание резонанса.

    Микрошаг шагового двигателя

    Микрошаг – режим деления шага шагового двигателя, когда обмотки мотора запитаны не полным током, а его уровнями, изменяющимися по закону sin в одной фазе и cos во второй.

    В общем случае под микрошагом понимают микрошаговый режим управления шаговым двигателем, иначе говоря – режим деления шага. Микрошаговый режим отличается от штатного режима управления двигателем тем, что в каждый момент времени обмотки шагового мотора запитаны не полным током, а некими его уровнями, изменяющимися по закону sin в одной фазе и cos во второй. Такой метод дает возможность фиксировать вал в промежуточных положениях между шагами. Количество таких положений задается настройками драйвера. Скажем, режим микрошага 1:8 означает, что с каждым поданным импульсом STEP драйвер будет перемещать вал примерно на 1/8 полного шага, и для полного оборота вала потребуется подать в 8 раз больше импульсов, чем для режима полного шага.

    Общие сведения:

    Шаговый двигатель — это бесколлекторный двигатель, ротор которого вращается не плавно, а шагами (дискретно). Полный оборот ротора состоит из нескольких шагов. Меняя форму сигнала, количество импульсов, их длительность и фазовый сдвиг, можно задавать скорость вращения, направление вращения и количество оборотов ротора двигателя.

    Шаговые двигатели состоят из ротора (подвижная часть) и статора (неподвижная часть). На статоре устанавливают электромагниты, а части ротора взаимодействующие с электромагнитами выполняются из магнитотвердого (двигатель с постоянными магнитами) или магнитомягкого (реактивный двигатель) материала.

    Сайт и форум

    International Forum

    This is a special forum for English spoken people, read it first.

    Образование в области электроники

    все что касается образования, процесса обучения, студентам, преподавателям.

    • Решение задач
    Обучающие видео-материалы и обмен опытом

    Обсуждение вопросов создания видео-материалов

    Сферы применения устройств

    Моторы такого типа повсеместно применяются во многих технических отраслях. Плоские двигатели используются в приводных механизмах непрерывного движения либо в агрегатах, характеризующихся стартово-стопным режимом. Поскольку устройства обладают точным позиционированием, они могут применяться для чтения дисков, а также функционирования слотов памяти компьютеров или ноутбуков. Благодаря высокой надежности и оптимальным техническим параметрам такие моторчики применяются в военной промышленности, автомобилестроении, бытовой технике, а также в производственных станках и оборудовании.

    Как работает шаговый электродвигатель?

    Для работы практически всех электрических приборов, необходимы специальные приводные механизмы. Предлагаем рассмотреть, что такое шаговый двигатель, его конструкцию, принцип работы и схемы подключения.

    Программируемая логика ПЛИС (FPGA,CPLD, PLD)

    Среды разработки – обсуждаем САПРы

    Quartus, MAX, Foundation, ISE, DXP, ActiveHDL и прочие.
    возможности, удобства.

    Работаем с ПЛИС, области применения, выбор

    на чем сделать? почему не работает? кто подскажет?

    Языки проектирования на ПЛИС (FPGA)

    Verilog, VHDL, AHDL, SystemC, SystemVerilog и др.

    Системы на ПЛИС – System on a Programmable Chip (SoPC)

    разработка встраиваемых процессоров и периферии для ПЛИС

    Виды шаговых двигателей по типу соединения электромагнитов статора:

    По типу соединения электромагнитов, шаговые двигатели делятся на: униполярные и биполярные.

    На рисунке представлено упрощённое, схематическое, представление обмоток.
    На самом деле, каждая обмотка состоит из нескольких обмоток электромагнитов, соединённых последовательно или параллельно

    • Биполярный двигатель имеет 4 вывода. Выводы A и A питают обмотку AA, выводы B и B питают обмотку BB. Для включения электромагнита, на выводы обмотки необходимо подать разность потенциалов (два разных уровня), поэтому двигатель называется биполярным. Направление магнитного поля зависит от полярности потенциалов на выводах.
    • Униполярный двигатель имеет 5 выводов. Центральные точки его обмоток соединены между собой и являются общим (пятым) выводом, который, обычно, подключают к GND. Для включения электромагнита, достаточно подать положительный потенциал на один из выводов обмотки, поэтому двигатель называется униполярным. Направление магнитного поля зависит от того, на какой именно вывод обмотки подан положительный потенциал.
    • 6-выводной двигатель имеет ответвление от центральных точек обмоток, но обмотка AA не соединена с обмоткой BB. Если не использовать выводы центральных точек обмоток, то двигатель будет биполярным, а если эти выводы соединить и подключить к GND, то двигатель будет униполярным.
    • 8-выводной двигатель является наиболее гибким в плане подключения электромагнитов. Данный двигатель можно не только использовать как биполярный или униполярный, но и самим определять, как соединить электромагниты обмоток, последовательно или параллельно.

    Алгоритм программы управления

    На основании функциональной схемы и в соответствии с приведенной таблицей управляющих кодов разработан алгоритм программы управления, приведенный на рис. 7.

    Рис. 7. Алгоритм управления ШД в микрошаговом режиме

    Организация управления шаговым двигателем

    Наиболее простым вариантом является следующий.

    В составе двигателя 4 электромагнитные катушки A, B, C и D. Если подавать на них напряжение, то они превращаются в магниты. При этом катушки А и В активны при протекании тока в прямом направлении, а C и D — в обратном. Предположим, что полезной нагрузкой для данного двигателя является зубчатое колесо, зубчики которого притягиваются к катушкам при подаче на них напряжения.

    Таким образом, при последовательном включении тока в катушках колесо начнёт вращаться. Для обеспечения плавности движения в общем случае можно увеличить либо число зубчиков, либо количество катушек. Принцип управления мотором при этом останется неизменным. Изменяться будут лишь усилие и угол поворота за один цикл включения-отключения питания. В обычных условиях применяется такая конфигурация, когда располагают по четыре катушки вдоль траектории вращения, и на каждую группу катушек приходится по зубчику. Система выглядит как шестерня, окружённая катушками.

    Для простоты понимания принципа управления рассмотрим упрощённую модель – 4 катушки и 1 зубчик (стрелка на колесе). Предположим, что перед включением двигателя зубчик находился возле катушки D.

    1. Самое очевидное решение для запуска вращения – подать питание на катушку А. Колесо провернётся, и стрелка замрёт возле этой катушки. Отключаем А и подаём питание на В. Стрелка движется к В и встаёт рядом с этой катушкой. Отключаем В, и подключаем C. Стрелка останавливается около неё. Отключаем C, включаем D – стрелка останавливается на D. Отключаем D, включаем A, и процесс повторяется.

    За каждый цикл включения-отключения питания колесо поворачивается на угол в 90°. Следовательно, на полный круг потребуется четыре цикла, что обуславливает довольно высокую угловую скорость. Если масса колеса будет высокой, то скоростной поворот вызовет возникновение значительной инерции. Инерционное ускорение может снизить точность поворота колеса, так как разогнавшееся колесо не сможет остановиться мгновенно. Всё это может привести к потере контроля вращения, а при самом неблагоприятном сценарии к отрыву колеса и разрушению системы.

    Достоинством данного принципа управления является сравнительная простота реализации.

    2. Не таким очевидным, но достаточно эффективным является следующее решение. Подаём питание на катушки А и D. Колесо проворачивается, и стрелка фиксируется между А и D. Отключаем D, подключаем В. Стрелка замирает между катушками А и В. Отключаем А, подключаем C. Стрелка встаёт между В и C. Отключаем В, подключаем D. Стрелка между C и D. Отключаем C, подключаем А. Стрелка фиксируется между D и А. Далее процесс повторяется. За один цикл включения-отключения те же 90°, полный круг за те же четыре цикла. Кажется, что всё то же самое? Однако отличием является увеличенный крутящий момент, поскольку «в силе» оказывается одновременно две катушки. Следовательно, пороговое значение скорости, при которой инерция становится неуправляемой, повышается, что выгодно отличает этот принцип от первого.

    3. Дробление шага. Допустим, что реализована схема не только включения и отключения катушек, а и подачи на них промежуточных значений напряжения питания – 0, 25, 50, 75, 100%. При этом схема подаёт питание в такой последовательности (для пары A и C):

    C100%, А 0% – C 75%, А 25% – C 50%, А 50% – C 25%, А 75% – C 0% и А 100%.

    По тому же правилу напряжение питания подаётся на пары катушек А-В, В-D, D-Cи C-В.

    Дробление шага позволяет снизить уровень шума и избавиться от дребезжания. Кроме того, обеспечивается плавность движения. Инерция пренебрежимо мала, и управление не теряется. Недостатком является сложность реализации.

    4. Подача напряжения аналоговым способом. Концептуально принцип напоминает дробление шага на бесконечное количество положений. Напряжение, подаваемое на катушку C, плавно снижаем со 100% до 0. Для катушки А напряжение, напротив, плавно увеличиваем с 0% до 100. Точно так же поступаем с парами А-В, В-C, C-Dи D-В. Обеспечивается плавное вращение, надёжный контроль, отличный крутящий момент. Главный недостаток – отсутствие точности, присущее аналоговым схемам.

    5. Этот принцип обеспечивает более высокий крутящий момент. Реализуется он следующим образом. Подключается D и А: стрелка между D и А. Выключаем D: стрелка у А. Включаем В: стрелка между А и В. Выключаем А: стрелка у В. Включаем: стрелка между C и В. Выключаем В: стрелка у C. Включаем D: стрелка между D и C. Отключаем C – стрелка находится у D. Подключаем А – стрелка перемещается в точку между D и А. Процесс повторяется. Отличается от вышеописанного способа дробления шага (п.3) более высоким крутящим моментом.

    Принципы 1, 2, 3 и 5 являются типовыми и применяются очень часто. Для них разработаны даже свои обозначения. Если принять положение «рядом с катушкой» за 1, а положение «между катушками» за 2, то обозначения будут следующими.

    1 – «1 phase» (полношаговый). Стрелка фиксируется лишь на фазе «1». Данный метод используется редко, поскольку при нём обеспечивается недостаточный крутящий момент.

    2 – «2 phase» (полношаговый). Стрелка фиксируется лишь на фазе «2».

    3 – так как число фаз зависит от частоты дробления шага, то обозначений существует несколько. Например, «4: 2W1-2 phase» (2×2=4) обозначает, что переход из положения «перед катушкой» в «перед следующей катушкой» выполняется за 4 шага. А обозначение «8: 4W1-2 phase» (4×2=8) расшифровывается так же, только количество шагов равняется 8. Иначе такой механизм называется микрошаговым.

    5 – «1-2 phase» (полушаговый). Стрелка фиксируется на обеих фазах – на «1» и «2».

    Сборка РЭУ

    Пайка и монтаж

    вопросы сборки ПП, готовых изделий, а также устранения производственных дефектов

    голоса
    Рейтинг статьи
    Ссылка на основную публикацию
    ВсеИнструменты
    Adblock
    detector