Разделенные алгоритмы микропроцессорного управления дизельными двигателями

Многомерность , многопараметричность двигателя и многочисленность задач управления им требуют применения широкого набора разнообразных алго ритмов управления в микроконтроллере . Очевидно , что в зависимости от назначения , требования к алго ритмам меняются , поэтому можно говорить о необхо димости целого их набора для создания полной сис темы управления . Алгоритмы управления могут быть представлены как в виде функциональных или струк турных схем , так и в виде блок - схем программ санк ционирования микропроцессоров .

Каждой из частных систем управления при ее создании задается исходная версия своего алгоритма управления . В большинстве случаев она остается не изменной на весь период эксплуатации двигателя , но она может быть улучшена в процессе функциониро вания системы .

Методика структурного построения алгоритмов должна быть сравнительно проста и компактна и по зволять :

• -    выполнять четкую алгоритмизацию законов ре гулирования и ограничений по предельно допусти мым значениям параметров ;

• - обеспечивать достижение конечного результата при минимальном количестве датчиков , времени реа лизации , требуемой памяти , разрядности и т . д .;

• - обеспечивать устойчивое функционирование ал горитмов при наличии сбоев и отказов аппаратуры , а также ошибок по входной информации ;

• - учитывать особенности программной и аппа ратной реализации задач регулирования ;

• - обеспечивать контроль и правильность функцио нирования заданного алгоритма .

Рационально составленные алгоритмы автомати ческого регулирования частоты вращения позволят существенно упростить программную их реализацию , получить минимальное время формирования управ ляющего сигнала , повысить качество регулирования .

Рисунок 1 - Обобщенная блок - схема разделенных алгоритмов регулирования параметров

На рис. 1 показана обобщенная блок-схема ал- горитма регулирования дизельными двигателями различного назначения. Алгоритм включает следующие элементы: блок исходных данных (БД), блок регулирования частоты вращения (БРЧ), блоки ограничения параметров (Б. огр. 1, Б. огр. 2 и Б. огр. 3), блок управления нагрузкой (БУН), блок оптимизации (Б. опт).

Расширение функций САР (системы автоматического регулирования) производится последовательным дополнением базового алгоритма соответствующими алгоритмическими блоками. Так, наряду с регулированием частоты вращения (блок БРЧ), можно обеспечить регулирование нагрузки (блоки БРЧ и БУН), определить режим работы управляющих меха- низмов по предельно допустимым значениям параметров работы дизеля (соответственно Б. огр. 1, Б. огр. 2 и Б. огр. 3), оптимизировать протекание рабочего процесса за счет реализации алгоритмов формирования оптимальных статических характеристик (блок Б.опт.). Таким образом, программное обеспечение регулирования частоты вращения вала дизеля может включать ряд алгоритмов в зависимости от конкретного режима работы дизеля.

Для тракторного двигателя характерна работа при изменении в широком диапазоне нагрузочного и теплового режимов работы. При этом возникает ряд дополнительных требований, что и вызывает необходимость специального управления работой двигателя на этих режимах.

Наконец, следует иметь в виду, что предъявляемые к двигателю требования могут отличаться друг от друга в зависимости от режима его работы (максимальная мощность, частичные нагрузки, холостой ход, пуск и др.). Так, например, на режимах полных нагрузок- получение возможной топливной экономичности, обеспечение экологических показателей и надежной работы двигателя, на режимах частичных нагрузок -получение максимально возможной топливной экономичности и требуемого протекания характеристики крутящего момента, низкие выбросы токсичных веществ; на режиме холостого хода -устойчивая работа при минимальной частоте враще- ния вала двигателя.

На режим работы тракторного двигателя оказыва ет влияние закономерность изменения нагрузки на крюке . Колебание нагрузки объясняется неоднород ностью по физическим свойствам почвы , а также раз личным микрорельефом поверхности поля , поэтому сопротивление перекатыванию МТА и сопротивление рабочих органов сельскохозяйственного орудия не прерывно изменяются .

Колебания момента сопротивления характеризу ются периодом изменения , Т ( с ) и степенью его не равномерности :

max min

^, — ( М     — М ) / M (1)

к с          c          c . cp .

Коэффициент возможной перегрузки двигателя :

max длит

У к = Мсср./ Mc / cp .

max где М _{с . ср .}

- среднее значение временно возросшего момента сопротивления двигателя;

M длит c / cp .

- среднее

длительно наблюдаемое значение момента сопротив- ления двигателя.

Возрастание величия δк , Т и υ k ухудшает показа тели работы двигателя .

При выполнении трактором различных сельско хозяйственных операций указанные показатели име ют различные значения , наибольшие из которых на блюдаются при пахоте и составляют : δк =0,3...0,4, Т =1...2 с ; m=6,28...3,14 Гц ; υ k=l,3...1,4.

В практике эксплуатации тракторных двигателей с механическим всережимным регулятором встреча ются случаи весьма продолжительных временных возрастаний нагрузок , которые на пахоте , боронова нии и комбайновой уборке достигают 11...37 с , а при холостом ходе по вспаханному полю - 6...18,5 с . Практически в этих пределах находится длительность возрастания нагрузок транспортных тракторных агре гатов и особенно тех из них , в которых скоростной режим двигателя изменяется с помощью педали управления подачей топлива .

Конкретными частными задачами управления двигателем в эксплуатации может быть оптимизация установившихся режимов . Для каждого из них долж ны использоваться различные варианты критерия оп тимальности в зависимости от выбранной конструк ции двигателя .

Даже при решении задач оптимизации управле ния двигателем только в эксплуатации и с ограничен ным перечнем управляющих воздействий трудно вы брать единый обобщенный критерий оптимальности управления . Частные задачи оптимизации управления двигателем решаются разными программами , имею щимися в микроконтроллере .

В наиболее общем случае в качестве критерия оп тимальности , используется расход топлива при огра ничениях на управляющие воздействия по техниче ским и экологическим параметрам .

В значительной мере это обусловлено возможно стью использования в качестве сигнала , выражающе го текущее значение расхода топлива двигателем , управляющего воздействия системы автоматического регулирования частоты вращения , входящей в состав микроконтроллера наиболее сложно управляемых двигателей .