2 Стр. - Продолжение...
САУХХ
Если в качестве задающего
устройства взять микроконтроллер МК, сравнивающего устройства – электронную схему
сравнения СС, регулятора – регулятор холостого хода РХХ, объекта управления – бензиновый
двигатель внутреннего сгорания ДВС, добавить в цепи некоторые промежуточные
элементы, а требуемой выходной величиной задать обороты холостого хода no = nxx, то получится
система автоматического управления оборотами холостого хода двигателя n
(рис. 4).

Рис. 4.
Упрощённая функциональная схема системы автоматического управления холостым
ходом:
К – контроллер системы впрыска; МК –
микроконтроллер; СС – схема сравнения; КМ – каскад мощности; РХХ
– регулятор холостого хода; ДВС – двигатель внутреннего сгорания;
ДД – датчик положения дроссельной заслонки; Дк –
датчик включения кондиционера; ДТ – датчик температуры
охлаждающей жидкости; Дп – датчик пуска; ДЧВ
– датчик частоты вращения; nхх –
требуемое значение оборотов холостого хода; n – действительное значение оборотов
холостого хода; ε – сигнал
отклонения действительного значения оборотов от требуемого; εм – сигнал отклонения, усиленный по мощности; u – управляющее воздействие –
проходное сечение байпасного канала; fд, fк, fт, fп, fг, fн – возмущающие воздействия дроссельной заслонки,
кондиционера, температуры, пуска, горения смеси, нагрузки соответственно; jд, jк, jт, jп – сигналы датчиков о возмущающих воздействиях; n-n – цепь обратной связи
В микроконтроллер МК
зашита программа управления холостым ходом и требуемое значение оборотов nхх.
На двигатель действуют
различные возмущающие воздействия f, как заложенные в конструкцию, так и возникающие в
процессе эксплуатации. Обозначим конструкторские возмущающие воздействия так: fд – воздействие полного закрытия дроссельной заслонки, fк – воздействие включения кондиционера, fт – воздействие температур ниже рабочей температуры
прогретого двигателя, fп – воздействие
пуска двигателя. Эксплуатационные воздействия: fг – изменение
характера горения смеси в цилиндрах, а fн – изменение
нагрузки на двигатель. Кроме этих возмущающих воздействий, могут быть и
другие возмущения, например, нагрузка, вызванная давлением жидкости в
гидроусилителе руля и фиксируемая соответствующим концевым датчиком, или
нагрузка перехода с положений P или N в автоматической коробке
переключения передач и т.п.
Управляющим
воздействием u является
величина проходного сечения байпасного канала, регулируемая регулятором
холостого хода РХХ.
Регулирование
Автоматическое регулирование
холостым ходом происходит следующим образом.
Дроссельная заслонка
закрыта, т.е. имеет место возмущающее воздействие fд
0 (рис. 4). Чтобы микроконтроллер МК это «знал» и
работал по программе регулирования х.х., ему посредством датчика положения
дроссельной заслонки Дд передаётся сигнал jд о закрытии дроссельной
заслонки.
Допустим,
кондиционер выключен (fк =
0), а двигатель прогрет (fт = 0) и запущен (fп = 0), тогда от
датчиков включения кондиционера Дк, температуры
охлаждающей жидкости Дт и пуска Дп сигналы возмущения
на входы МК не поступают, т.е. jк = 0, jт = 0 и jп =
0.
Если двигатель
работает на холостом ходу, и до некоторого момента времени tf действительные обороты равны требуемым, то n = nxx. (рис. 5). Тогда отклонение ε = nxx –
n = 0, сигнал
на РХХ не подаётся (εм =
0), и управляющее воздействие отсутствует
(u = 0)¸
т.е. проходное сечение байпасного канала остаётся неизменным.

Рис. 5.
Временная диаграмма регулирования оборотов холостого хода прогретого двигателя:
nхх – требуемое значение оборотов холостого хода; Δ – номинальное отклонение диапазона
регулирования; 2Δ – номинальный диапазон регулирования; n – действительное значение оборотов
холостого хода; ε – сигнал
отклонения действительного значения оборотов от требуемого; tг – момент возникновения возмущающего воздействия fг
При возникновении в
момент tг возмущающего
воздействия fг,
например, неравномерной подачи смеси в цилиндры или перебоев в зажигании и
т.п., обороты n снижаются.
Новое значение оборотов датчиком частоты вращения Дчв
передаётся в контроллер на схему сравнения СС, на выходе которой появляется
сигнал отклонения ε = nxx – n. Этот сигнал усиливается
каскадом мощности до величины εм и
заставляет регулятор холостого хода РХХ изменить управляющее воздействие u,
т.е. увеличить проходное сечение байпасного канала. Это увеличивает обороты n
до тех пор, пока не наступит равенство n = nxx, что приведёт к ε = 0 и u = 0.
Аналогично работает
САУХХ при заметном увеличении нагрузки fн на
двигатель, например, при включении фар. Снижение при этом оборотов n также будет
компенсировано увеличением проходного сечения байпасного канала.
И наоборот,
произвольное увеличение оборотов от воздействия fг или от снижения нагрузки fн будет компенсировано уменьшением проходного сечения
байпасного канала. В этом случае сигнал отклонения ε
изменит знак, благодаря чему изменится и направление управляющего воздействия u.
В силу инерционности
системы и, прежде всего, больших вращающихся масс двигателя определённые колебания
оборотов неизбежны. САУ создаётся так, чтобы они оставались в пределах
требуемого номинального диапазона 2Δ. Обычно Δ
0,05nxx
30…50 об/мин.
Управление
Процесс
автоматического управления заключается в изменении оборотов холостого хода n
(рис. 4) по заданному закону.
Для этого по заданному закону изменяется величина требуемых оборотов nxx, и система устремляет значение n к новому
значению nxx, пока они не сравняются.
Управление холостым
ходом прогретого двигателя при работе кондиционера. Исходное состояние: дроссельная
заслонка закрыта (fд
0), кондиционер
выключен (fк =
0), двигатель прогрет (fт = 0) и запущен (fп = 0),
сигналы на входах МК: jд
0, jк = jт = jп = 0. Двигатель работает на оборотах холостого хода: n
= nxx. (рис. 6).

Рис. 6.
Временная диаграмма управления оборотами холостого хода некоторых двигателей при
работе кондиционера:
nхх – требуемое значение оборотов холостого хода; 2Δ – номинальный диапазон регулирования;
nхх.к – требуемое значение оборотов холостого хода при
работе кондиционера; 2Δк – номинальный диапазон регулирования при работе кондиционера; n – действительное значение оборотов
холостого хода; ε – сигнал
отклонения действительного значения оборотов от требуемого; tк – момент возникновения возмущающего воздействия fк; tэ – время срабатывания электронной части САУ; tд – время выхода двигателя на обороты nхх.к; tи – время инерции двигателя
В момент времени tк включаем кондиционер,
получаем fк
0, и на
соответствующем входе микроконтроллера появляется сигнал jк
0. Кондиционер
является мощным энергопотребителем, существенно нагружающим двигатель, поэтому
для устойчивой работы некоторых двигателей на холостом ходу требуется
повышенное (на 100…200 об/мин) значение оборотов nхх.к > nxx. К моменту tэ электроника системы увеличивает
проходное сечения байпасного канала и переходит на другую программу автоматического
регулирования, в которой сигнал отклонения исчисляется как ε = nxx.к –
n. Обороты n растут до тех пор, пока не
наступит равенство n = nxx.к, что приводит к ε = 0 и u = 0. В
связи с инерцией двигателя его временная задержка составляет tд - tк. Однако инерционный
процесс на этом может не закончиться, в связи с чем нужное значение оборотов может
«проскочить» выше (точка tи). Дальше процесс регулирования осуществляется так же, как
и при выключенном кондиционере, но уже удерживая значение оборотов в диапазоне 2Δк.
Управление холостым
ходом при прогреве двигателя осуществляется по иному алгоритму. Исходное
состояние: дроссельная заслонка закрыта (fд
0),
кондиционер выключен (fк =
0), двигатель холодный (fт
0) и запущен (fп = 0),
сигналы на входах МК: jд
0, jк = 0. jт
0, jп = 0. МК вырабатывает требуемое значение повышенных оборотов
не постоянное, а в функции от температуры nxx(Т) – чем ниже температура,
тем выше значение требуемых оборотов и, соответственно, тем больше проходное
сечение байпасного канала (рис. 7).

Рис. 7.
Временная диаграмма управления оборотами холостого хода при холодном пуске и
прогреве:
nп – обороты при работе стартера; nн – начальные обороты; nхх – требуемое значение оборотов холостого хода; nmaх - максимальные обороты; nхх(Т) – требуемый температурный закон изменения
оборотов при прогреве; 2ΔТ – номинальный диапазон регулирования при прогреве; n – действительное значение оборотов
холостого хода; 2Δ – номинальный диапазон регулирования; ε – сигнал отклонения действительного
значения оборотов от требуемого; tg – момент возникновения возмущающего
воздействия пуска – начало работы стартера; tн – начало работы двигателя; tр1 – начало температурного регулирования оборотов
холостого хода; tр2 – начало обычного регулирования; tр2 - tр1 –
время прогрева
Сигнал отклонения при
прогреве (с момента tр1) исчисляется
как ε = nxx(Т) – n.
Обороты n изменяются
по заданному закону так, чтобы достигалось равенство n
= nxx(Т), что
приводит к ε =
0 и u = 0. Максимальные обороты nmax =
(2…2,5)nxx. По мере прогрева и непрерывного снижения величины nxx.т(Т)
значение n также
непрерывно уменьшается и постоянно стремится к nxx.т(Т), колеблясь в допустимом диапазоне 2ΔТ. По
достижении двигателем рабочей температуры (момент tр2) значение
требуемых оборотов становится постоянным nxx(Т) = nxx. Дальше процесс регулирования заключается в
удержании оборотов в пределах 2Δ. Обычно время прогрева
tр2 -
tр1
= 3…5 минут.
Временная диаграмма
управления холостым ходом при пуске прогретого двигателя похожа на рис.
7. Отличие заключается в том, что МК вырабатывает требуемое значение повышенных
оборотов не в функции температуры, а в функции послепускового времени (постстарта)
nxx(t). Начальное
проходное сечение байпасного канала менее повышенное. Сигнал отклонения
исчисляется как ε = nxx(t) – n.
Максимальные обороты nmax = (1,2…1,5)nxx. По истечении времени постстарта tр2 - tр1 = 3…5 секунд значение требуемых оборотов становится
постоянным nxx(t) = nxx. Дальше
процесс регулирования заключается в удержании оборотов на значении nxx.
Строго говоря,
датчика пуска как отдельного элемента не существует. Его роль играют клемма
бортовой сети 15 (зажигание включено), клемма 50 (стартер работает) и датчик Дчв
(если обороты ниже пусковых).
На принудительном
холостом ходу сигнал полного закрытия дроссельной заслонки jд используется для прекращения подачи (отсечки) топлива
в цилиндры при условии n > nотс, где nотс – значение
оборотов отсечки.
Алгоритмы
автоматического управления холостым ходом проектируются так, что возмущающие
воздействия учитывается не только по отдельности, но и в любом сочетании. Например,
при пуске холодного двигателя требуемое значение холостых оборотов изменяется в
функции от двух переменных: температуры и времени постстарта – nxx(Т, t).
Читать далее 3стр. тут >>