Краткая теоретическая справка о том, что такое ЭСУД, из чего состоит и какие задачи решает.
Набор известных современных способов и средств для создания систем автоматического
управления представляется совершенно достаточным, чтобы проектировать их оптимальными по качеству и обоснованными по
затратам.
Как известно, система состоит из самого объекта, коим в нашем случае является дизельный или газовый двигатель
внутреннего сгорания, а так же следующих компонентов:
Проектирование датчиков и жгутов соединительных проводов представляет собой отдельную техническую задачу, которая имеет много вариантов решения. Но процесс проектирования алгоритма управления и электромагнитных исполнительных механизмов, нераздельно связанных между собой, является наиболее трудоемким.
Дизельные и газовые двигатели, входящие в состав дизельных и газовых электростанций, представляют собой сложные объекты, изменяющие свои параметры не только на протяжении своего жизненного цикла, но и в зависимости от режима работы. Кроме того, в процессе эксплуатации дизельных и газовых двигателей, входящих в состав электростанций, периодически появляются экстремальные режимы работы, такие как скачкообразный сброс/наброс нагрузки, режимы синхронизации для параллельной работы многоагрегатной электростанции и др. При проектировании подобных систем автоматического управления необходимо учитывать, что для данного класса систем сохранения их работоспособности (контроля над регулируемым параметром) недостаточно, чтобы выполнить требования стандарта ГОСТ ISO 2528-5-2017, т.к. для высшего класса точности не допускается существенных отклонений каких-либо параметров системы от эталонных значений. Кроме того, работа современных дизельных электростанций должна соответствовать третьей-четвертой степени автоматизации по ГОСТ 14228-80, которым устанавливается время необслуживаемой работы двигателя 250, 375 часов, что провоцирует необходимость использования операций автоматической подстройки коэффициентов и/или синтеза системы автоматического управления для обеспечения условий безотказности. Адаптивные регуляторы для управления дизельными и газовыми двигателями, входящими в состав электростанций, должны включать в себя функцию автоматической подстройки непосредственно в процессе работы регулятора.
Неотъемлемыми компонентами системы автоматического управления дизельным и газовым двигателем, реализующим управляющее воздействие на объект управления, являются механизмы исполнительные. В системном синтезе автоматической системы управления реализация алгоритма управления, проектирование блока управления и проектирование механизмов исполнительных, взаимосвязаны между собой. Механизм исполнительный является тем звеном, которое преобразует в конечном итоге расчетную величину выходной координаты управления регулятора в физическое воздействие на объект управления.
Оптимизация алгоритмов управления во многом зависит от квалификации и опыта разработчиков и определяется возможностями исполнительных механизмов, поскольку управление частотой вращения коленчатого вала дизельных двигателей осуществляется посредством изменения величины цикличной подачи топлива, нагнетаемой топливным насосом высокого давления, изменение которой производится перемещением органа дозирования топлива (рейки топливного насоса высокого давления) посредством электромагнитных исполнительных механизмов.
Требования к электромагнитным исполнительным устройствам автоматики:
Применение электромагнитных исполнительных механизмов целесообразно в быстродействующих системах автоматического управления. Рассматриваемые механизмы исполнительные относятся к классу мехатронных электромагнитных устройств. Они отличаются от сервоприводов наличием возвратной пружины, которая выполняет функцию аварийного возврата в нулевую точку, а так же отсутствием коммутируемых обмоток (присущих электродвигателю), и отсутствие редуктора, т.е. рассматриваемые механизмы исполнительные содержат в составе электромагнит линейный или поворотный, который может точно позиционировать выходное звено в заданном положении. Исполнительные механизмы семейства 150.111 нашего производства оснащены бесконтактным датчиком положения выходного звена.
Механизмы исполнительные производят механическое перемещение устройств — рейки ТНВД в дизельном двигателе и дроссельной заслонки в газовом двигателе внутреннего сгорания. Перемещение рейки ТНВД позволяет увеличивать или уменьшать количество топлива, подаваемого в цилиндры двигателя. Поворот дроссельной заслонки в газовых двигателях с искровым зажиганием приводит к изменению количества газо-воздушной смеси, которая поступает в цилиндры двигателя, а поворот заслонки дозатора газа перед смесителем газа позволяет регулировать состав смеси, т.е. поддерживать соотношение количества смешиваемого воздуха и газа на уровне близком к стехиометрическому.
Дизельные двигатели с воспламенением от сжатия работают с большим избытком воздуха, нежели требуется для горения. Для работы двигателя с искровым зажиганием требуется, чтоб состав смеси был близким к стехиометрическому. Поэтому для регулирования мощности дизельного двигателя необходимо изменить количество подаваемого в цилиндры топлива, а для регулирования мощности двигателя с искровым зажиганием необходимо изменить количество смеси, но состав смеси газа и воздуха при этом должен быть в строгой пропорции. Этим обусловлена наша широкая номенклатура механизмов исполнительных.
Тем не менее большинство элементов механизмов исполнительных семейства 150.111 (узлы, детали, сборочные единицы) или схожи, или унифицированы (т.е. в разных изделиях применяются одинаковые детали), что позволяет успешно оптимизировать производственный процесс. Представленные на сайте компании изделия изготавливаются в одной производственной цепи.
Системы электронного управления двигателем позволяют так воздействовать на рабочий процесс двигателя (рабочим процессом двигателя называют газодинамические и термодинамические явления, происходящие в цилиндре двигателя), чтобы снизить расход топлива и улучшить экологические показатели двигателя, обеспечить требуемые выходные параметры двигателя.
Известна тенденция переоборудования серийно выпускаемых бензиновых двигателей и автомобилей для работы на газу мощностью до 100 кВт. Это оборудование широко представлено на рынке, однако оно неприменимо для двигателей мощностью свыше 100 кВт. Подобное оборудование не является предметом настоящего обзора. Механизмы исполнительные, рассматриваемые в данном статье предназначены для двигателей свыше 100 кВт.
Вспомогательным сопутствующим изделием, поставляемым с механизмами исполнительными, является жгут проводов, который обеспечивает электрическое соединение компонентов электронной системы управления между собой.
Таким образом, главной задачей ЭСУД (электронной системы управления двигателем), является выявление условий оптимального сочетания параметров электромагнитного исполнительного механизма адаптивной системы управления дизельным и газовым двигателем на основе многокритериальной оптимизации системы автоматического управления, способ оптимального проектирования магнитной системы исполнительных механизмов с целью такого сочетания его тяговой характеристики и характеристики возвратной пружины при которых при лучших параметрах быстродействия достигается наименьшее энергопотребление.
- алгоритма или блока управления;
- электромагнитного исполнительного механизма (ИМ);
- датчиков и жгутов соединительных проводов.
Проектирование датчиков и жгутов соединительных проводов представляет собой отдельную техническую задачу, которая имеет много вариантов решения. Но процесс проектирования алгоритма управления и электромагнитных исполнительных механизмов, нераздельно связанных между собой, является наиболее трудоемким.
Дизельные и газовые двигатели, входящие в состав дизельных и газовых электростанций, представляют собой сложные объекты, изменяющие свои параметры не только на протяжении своего жизненного цикла, но и в зависимости от режима работы. Кроме того, в процессе эксплуатации дизельных и газовых двигателей, входящих в состав электростанций, периодически появляются экстремальные режимы работы, такие как скачкообразный сброс/наброс нагрузки, режимы синхронизации для параллельной работы многоагрегатной электростанции и др. При проектировании подобных систем автоматического управления необходимо учитывать, что для данного класса систем сохранения их работоспособности (контроля над регулируемым параметром) недостаточно, чтобы выполнить требования стандарта ГОСТ ISO 2528-5-2017, т.к. для высшего класса точности не допускается существенных отклонений каких-либо параметров системы от эталонных значений. Кроме того, работа современных дизельных электростанций должна соответствовать третьей-четвертой степени автоматизации по ГОСТ 14228-80, которым устанавливается время необслуживаемой работы двигателя 250, 375 часов, что провоцирует необходимость использования операций автоматической подстройки коэффициентов и/или синтеза системы автоматического управления для обеспечения условий безотказности. Адаптивные регуляторы для управления дизельными и газовыми двигателями, входящими в состав электростанций, должны включать в себя функцию автоматической подстройки непосредственно в процессе работы регулятора.
Неотъемлемыми компонентами системы автоматического управления дизельным и газовым двигателем, реализующим управляющее воздействие на объект управления, являются механизмы исполнительные. В системном синтезе автоматической системы управления реализация алгоритма управления, проектирование блока управления и проектирование механизмов исполнительных, взаимосвязаны между собой. Механизм исполнительный является тем звеном, которое преобразует в конечном итоге расчетную величину выходной координаты управления регулятора в физическое воздействие на объект управления.
Оптимизация алгоритмов управления во многом зависит от квалификации и опыта разработчиков и определяется возможностями исполнительных механизмов, поскольку управление частотой вращения коленчатого вала дизельных двигателей осуществляется посредством изменения величины цикличной подачи топлива, нагнетаемой топливным насосом высокого давления, изменение которой производится перемещением органа дозирования топлива (рейки топливного насоса высокого давления) посредством электромагнитных исполнительных механизмов.
Требования к электромагнитным исполнительным устройствам автоматики:
- быстродействие;
- точность исполнения командных сигналов регулятора;
- аппаратная совместимость;
- КПД;
- оптимальные габаритные размеры;
- энергоэффективность и др
Применение электромагнитных исполнительных механизмов целесообразно в быстродействующих системах автоматического управления. Рассматриваемые механизмы исполнительные относятся к классу мехатронных электромагнитных устройств. Они отличаются от сервоприводов наличием возвратной пружины, которая выполняет функцию аварийного возврата в нулевую точку, а так же отсутствием коммутируемых обмоток (присущих электродвигателю), и отсутствие редуктора, т.е. рассматриваемые механизмы исполнительные содержат в составе электромагнит линейный или поворотный, который может точно позиционировать выходное звено в заданном положении. Исполнительные механизмы семейства 150.111 нашего производства оснащены бесконтактным датчиком положения выходного звена.
Механизмы исполнительные производят механическое перемещение устройств — рейки ТНВД в дизельном двигателе и дроссельной заслонки в газовом двигателе внутреннего сгорания. Перемещение рейки ТНВД позволяет увеличивать или уменьшать количество топлива, подаваемого в цилиндры двигателя. Поворот дроссельной заслонки в газовых двигателях с искровым зажиганием приводит к изменению количества газо-воздушной смеси, которая поступает в цилиндры двигателя, а поворот заслонки дозатора газа перед смесителем газа позволяет регулировать состав смеси, т.е. поддерживать соотношение количества смешиваемого воздуха и газа на уровне близком к стехиометрическому.
Дизельные двигатели с воспламенением от сжатия работают с большим избытком воздуха, нежели требуется для горения. Для работы двигателя с искровым зажиганием требуется, чтоб состав смеси был близким к стехиометрическому. Поэтому для регулирования мощности дизельного двигателя необходимо изменить количество подаваемого в цилиндры топлива, а для регулирования мощности двигателя с искровым зажиганием необходимо изменить количество смеси, но состав смеси газа и воздуха при этом должен быть в строгой пропорции. Этим обусловлена наша широкая номенклатура механизмов исполнительных.
- Для дизельных двигателей
- механизмы привода рейки ТНВД.
- Для газовых двигателей с искровым зажиганием
- заслонки дроссельные электроуправляемые для регулирования мощности и смесители газа электроуправляемые для регулирования состава смеси.
Тем не менее большинство элементов механизмов исполнительных семейства 150.111 (узлы, детали, сборочные единицы) или схожи, или унифицированы (т.е. в разных изделиях применяются одинаковые детали), что позволяет успешно оптимизировать производственный процесс. Представленные на сайте компании изделия изготавливаются в одной производственной цепи.
Системы электронного управления двигателем позволяют так воздействовать на рабочий процесс двигателя (рабочим процессом двигателя называют газодинамические и термодинамические явления, происходящие в цилиндре двигателя), чтобы снизить расход топлива и улучшить экологические показатели двигателя, обеспечить требуемые выходные параметры двигателя.
Известна тенденция переоборудования серийно выпускаемых бензиновых двигателей и автомобилей для работы на газу мощностью до 100 кВт. Это оборудование широко представлено на рынке, однако оно неприменимо для двигателей мощностью свыше 100 кВт. Подобное оборудование не является предметом настоящего обзора. Механизмы исполнительные, рассматриваемые в данном статье предназначены для двигателей свыше 100 кВт.
Вспомогательным сопутствующим изделием, поставляемым с механизмами исполнительными, является жгут проводов, который обеспечивает электрическое соединение компонентов электронной системы управления между собой.
Таким образом, главной задачей ЭСУД (электронной системы управления двигателем), является выявление условий оптимального сочетания параметров электромагнитного исполнительного механизма адаптивной системы управления дизельным и газовым двигателем на основе многокритериальной оптимизации системы автоматического управления, способ оптимального проектирования магнитной системы исполнительных механизмов с целью такого сочетания его тяговой характеристики и характеристики возвратной пружины при которых при лучших параметрах быстродействия достигается наименьшее энергопотребление.