Помощь студентам в учебе
ПОВЫШЕНИЕ ЭКОЛОГИЧНОСТИ ДИЗЕЛЯ ПУТЕМ ИЗМЕНЕНИЯ ПОДАЧИ ТОПЛИВА ПРИ ДЕЙСТВИИ ДИНАМИЧЕСКИХ НАГРУЗОК
|
Введение
1. ИССЛЕДОВАНИЕ МЕТОДОВ, ПРИМЕНЯЕМЫХ В ПРОЦЕССЕ
СОЗДАНИЯ ДИЗЕЛЬНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ 6
1.1. Сертификационные испытания 6
1.1.1. Принципы проведения измерений 6
1.1.2. Испытание ESC 7
1.1.3. Испытание ELR 7
1.1.4. Испытание ETC 8
1.2. Факторы, влияющие на техническое состояние и эксплуатационные
свойства двигателей 9
1.2.1. Природно-климатические факторы 9
1.2.2. Режимы работы двигателей 10
1.2.3. Качество расходных материалов 10
1.3. Влияние условий эксплуатации на топливную экономичность 11
1.3.1. Влияние температуры на расход топлива 11
1.3.2. Влияние режима движения транспортного средства на расход
топлива двигателем 12
1.3.3. Влияние нагруженности машины на расход топлива 13
1.4. Автоматизированные системы испытаний 14
1.5. Алгоритмы и методы управления крутящим моментом двигателя
внутреннего сгорания 22
1.6. Применение нечеткой логики для управления дизельным двигателем24
2. АНАЛИЗ ГИБРИДНОЙ СЕТИ НА ОСНОВЕ НЕЧЕТКОЙ ЛОГИКИ ДЛЯ
ОПРЕДЕЛЕНИЯ ВЕЛИЧИНЫ ПЕРЕМЕЩЕНИЯ РЕЙКИ ТНВД 27
2.1 Основные эксплуатационные показатели дизельного двигателя 27
2.2 Построение модели гибридной сети 28
2.3 Определение степеней принадлежности входных параметров для
обучающей выборки 30
2.4 Определение нормированных степеней активности нечетких правил 35
2.5 Проверка адекватности модели на основе нейронной сети 37
2.6 Вывод по главе 41
3. АНАЛИЗ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ НЕЙРО-НЕЧЕТКИХ МОДЕЛЕЙ ПРИ
ИССЛЕДОВАНИИ ДИЗЕЛЕЙ 43
3.1 Вычисление крутящих моментов на карданном и коленчатом валу 43
3.2 Построение нейро-нечеткой системы 45
3.3 Реализация гибридной модели в Matlab 54
3.4 Определение погрешности модели 59
3.5 Вывод по главе 61
4. НЕЙРО-НЕЧЕТКАЯ МОДЕЛЬ РАСХОДА ТОПЛИВА ДИЗЕЛЯ ПРИ
РАЗЛИЧНЫХ РЕЖИМАХ ЕГО РАБОТЫ 62
4.1 Построение нейро-нечеткой системы 62
4.2 Определение погрешности гибридной сети 74
4.3 Вывод по главе 76
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 77
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 79
1. ИССЛЕДОВАНИЕ МЕТОДОВ, ПРИМЕНЯЕМЫХ В ПРОЦЕССЕ
СОЗДАНИЯ ДИЗЕЛЬНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ 6
1.1. Сертификационные испытания 6
1.1.1. Принципы проведения измерений 6
1.1.2. Испытание ESC 7
1.1.3. Испытание ELR 7
1.1.4. Испытание ETC 8
1.2. Факторы, влияющие на техническое состояние и эксплуатационные
свойства двигателей 9
1.2.1. Природно-климатические факторы 9
1.2.2. Режимы работы двигателей 10
1.2.3. Качество расходных материалов 10
1.3. Влияние условий эксплуатации на топливную экономичность 11
1.3.1. Влияние температуры на расход топлива 11
1.3.2. Влияние режима движения транспортного средства на расход
топлива двигателем 12
1.3.3. Влияние нагруженности машины на расход топлива 13
1.4. Автоматизированные системы испытаний 14
1.5. Алгоритмы и методы управления крутящим моментом двигателя
внутреннего сгорания 22
1.6. Применение нечеткой логики для управления дизельным двигателем24
2. АНАЛИЗ ГИБРИДНОЙ СЕТИ НА ОСНОВЕ НЕЧЕТКОЙ ЛОГИКИ ДЛЯ
ОПРЕДЕЛЕНИЯ ВЕЛИЧИНЫ ПЕРЕМЕЩЕНИЯ РЕЙКИ ТНВД 27
2.1 Основные эксплуатационные показатели дизельного двигателя 27
2.2 Построение модели гибридной сети 28
2.3 Определение степеней принадлежности входных параметров для
обучающей выборки 30
2.4 Определение нормированных степеней активности нечетких правил 35
2.5 Проверка адекватности модели на основе нейронной сети 37
2.6 Вывод по главе 41
3. АНАЛИЗ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ НЕЙРО-НЕЧЕТКИХ МОДЕЛЕЙ ПРИ
ИССЛЕДОВАНИИ ДИЗЕЛЕЙ 43
3.1 Вычисление крутящих моментов на карданном и коленчатом валу 43
3.2 Построение нейро-нечеткой системы 45
3.3 Реализация гибридной модели в Matlab 54
3.4 Определение погрешности модели 59
3.5 Вывод по главе 61
4. НЕЙРО-НЕЧЕТКАЯ МОДЕЛЬ РАСХОДА ТОПЛИВА ДИЗЕЛЯ ПРИ
РАЗЛИЧНЫХ РЕЖИМАХ ЕГО РАБОТЫ 62
4.1 Построение нейро-нечеткой системы 62
4.2 Определение погрешности гибридной сети 74
4.3 Вывод по главе 76
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 77
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 79
В связи с высокой актуальностью вопроса экологичности двигателей, а именно поиска путей снижения уровней выбросов вредных газообразных веществ, вредных частиц и дымности, на основе правил ЕЭК ООН №49 был сформирован ГОСТ Р 41.49 - 2003 [1].
Данный ГОСТ служит для сертификации транспортного средства с сертифицированным двигателем, сертификации транспортного средства в отношении его двигателя и сертификации двигателя как отдельного технического агрегата.
Для этого данным ГОСТом предусмотрено проведение сертификационных испытаний. Это такие испытания как:
• ETC - испытательный цикл, состоящий из 1800 последовательных посекундных переходных режимов, применяемых в соответствии с 5.2 [1].
• ESC - испытательный цикл, состоящий из 13 установившихся режимов, применяемых в соответствии с 5.2 [1].
• ELR - испытательный цикл, состоящий из последовательных ступеней нагрузки двигателя при постоянных частотах вращения, применяемых в соответствии с 5.2 [1].
При проведении сертификационных испытаний в целях подтверждения соответствия предельным значениям, выбросы вредных веществ должны быть определены в испытаниях ESC, ELR и ETC.
Дизельные двигатели, оснащенные усовершенствованными системами дополнительной обработки отработавших газов, включая каталитические нейтрали-заторы для удаления NOx и (или) сажевые фильтры, должны быть дополнительно подвергнуты испытанию ETC.
После проведения сертификационных испытаний выносится решение о присвоении соответствующей категории в отношении выбросов вредных веществ двигателем.
Как итог, для повышения экологичности двигателей важна корректная настройка блока управления двигателем, которая позволит повысить как экологичность так и эффективность работы двигателя.
Постановка цели и задачи исследования
Цель работы: повышение экологичности дизеля путем изменения подачи топлива при действии динамических нагрузок.
Задачи:
• Обработка данных эксперимента;
У Формирование данных о передаточном отношении по времени;
У Вычисление крутящих моментов на карданном и коленчатом валу.
• Аппроксимация данных при помощи нейро-нечеткой системы;
• Проверка адекватности полученной модели дизеля на основе гибридной нейронной сети.
Основные положения, выносимые на защиту:
• Алгоритм проектирования и обучения гибридной нейронной сети
• Гибридная нейронная сеть для моделирования режимов работы дизельного двигателя.
Научной новизной работы является:
Нейронечеткая модель расхода топлива дизеля при различных режимах его работы
Данный ГОСТ служит для сертификации транспортного средства с сертифицированным двигателем, сертификации транспортного средства в отношении его двигателя и сертификации двигателя как отдельного технического агрегата.
Для этого данным ГОСТом предусмотрено проведение сертификационных испытаний. Это такие испытания как:
• ETC - испытательный цикл, состоящий из 1800 последовательных посекундных переходных режимов, применяемых в соответствии с 5.2 [1].
• ESC - испытательный цикл, состоящий из 13 установившихся режимов, применяемых в соответствии с 5.2 [1].
• ELR - испытательный цикл, состоящий из последовательных ступеней нагрузки двигателя при постоянных частотах вращения, применяемых в соответствии с 5.2 [1].
При проведении сертификационных испытаний в целях подтверждения соответствия предельным значениям, выбросы вредных веществ должны быть определены в испытаниях ESC, ELR и ETC.
Дизельные двигатели, оснащенные усовершенствованными системами дополнительной обработки отработавших газов, включая каталитические нейтрали-заторы для удаления NOx и (или) сажевые фильтры, должны быть дополнительно подвергнуты испытанию ETC.
После проведения сертификационных испытаний выносится решение о присвоении соответствующей категории в отношении выбросов вредных веществ двигателем.
Как итог, для повышения экологичности двигателей важна корректная настройка блока управления двигателем, которая позволит повысить как экологичность так и эффективность работы двигателя.
Постановка цели и задачи исследования
Цель работы: повышение экологичности дизеля путем изменения подачи топлива при действии динамических нагрузок.
Задачи:
• Обработка данных эксперимента;
У Формирование данных о передаточном отношении по времени;
У Вычисление крутящих моментов на карданном и коленчатом валу.
• Аппроксимация данных при помощи нейро-нечеткой системы;
• Проверка адекватности полученной модели дизеля на основе гибридной нейронной сети.
Основные положения, выносимые на защиту:
• Алгоритм проектирования и обучения гибридной нейронной сети
• Гибридная нейронная сеть для моделирования режимов работы дизельного двигателя.
Научной новизной работы является:
Нейронечеткая модель расхода топлива дизеля при различных режимах его работы
Целью диссертации является повышение экологичности дизеля путем изменения подачи топлива при действии динамических нагрузок.
Для реализации поставленной цели был выполнен анализ требований к эко-логичности дизелей согласно ГОСТ Р 41.49 - 2003. Изучены факторы, влияющие на техническое состояние и эксплуатационные свойства двигателей, а также влияние условий эксплуатации на топливную экономичность. После изучения автоматизированных систем испытаний, алгоритмов и методов управления крутящим моментом двигателя внутреннего сгорания для решения поставленной задачи был выбран метод, заключающийся в разработке гибридной сети на основе нечеткой логики для управления дизельным двигателем.
Далее был проведен анализ гибридной сети на основе нечеткой логики для определения величины перемещения рейки ТНВД, по результатам исследования выявлена высокая точность гибридной модели и возможность получения управляющего воздействия для любых значений входных переменных из заданного диапазона. Это позволило определить возможность использования гибридной модели в качестве основы при определении расхода топлива при воздействии динамических нагрузок и получения поверхности вывода по двум основным входным параметрам (частоте вращения дизеля и крутящему моменту дизеля) для разработки таблицы блока управления двигателем.
Затем была проанализирована возможность использования нейронечеткой модели исследовании дизеля при воздействии динамических нагрузок. В связи с недостаточной точностью использованной модели было принято решение об улучшении гибридной модели для этой системы за счет увеличения количества функций принадлежности и более детальном их распределении в диапазоне изменений значений.
Следующим шагом была разработана нейронечеткая модель расхода топлива дизеля при различных режимах его работы. Максимальная погрешность от-дельного измерения составила 3,5375%, а средняя погрешность модели 0,4429%, что говорит о высокой точности гибридной модели. По результатам обучения модели была построена поверхность вывода по двум входным параметрам (частоте вращения дизеля и крутящему моменту дизеля). Поверхность имеет гладкий вид, что показывает возможность получения управляющего воздействия для любых значений входных переменных из заданного диапазона и позволяет при составлении таблицы блока управления двигателем избежать завышения значений расхода топлива, вследствие чего удастся повысить экологичность работы дизеля под воз-действием динамических нагрузок.
Для реализации поставленной цели был выполнен анализ требований к эко-логичности дизелей согласно ГОСТ Р 41.49 - 2003. Изучены факторы, влияющие на техническое состояние и эксплуатационные свойства двигателей, а также влияние условий эксплуатации на топливную экономичность. После изучения автоматизированных систем испытаний, алгоритмов и методов управления крутящим моментом двигателя внутреннего сгорания для решения поставленной задачи был выбран метод, заключающийся в разработке гибридной сети на основе нечеткой логики для управления дизельным двигателем.
Далее был проведен анализ гибридной сети на основе нечеткой логики для определения величины перемещения рейки ТНВД, по результатам исследования выявлена высокая точность гибридной модели и возможность получения управляющего воздействия для любых значений входных переменных из заданного диапазона. Это позволило определить возможность использования гибридной модели в качестве основы при определении расхода топлива при воздействии динамических нагрузок и получения поверхности вывода по двум основным входным параметрам (частоте вращения дизеля и крутящему моменту дизеля) для разработки таблицы блока управления двигателем.
Затем была проанализирована возможность использования нейронечеткой модели исследовании дизеля при воздействии динамических нагрузок. В связи с недостаточной точностью использованной модели было принято решение об улучшении гибридной модели для этой системы за счет увеличения количества функций принадлежности и более детальном их распределении в диапазоне изменений значений.
Следующим шагом была разработана нейронечеткая модель расхода топлива дизеля при различных режимах его работы. Максимальная погрешность от-дельного измерения составила 3,5375%, а средняя погрешность модели 0,4429%, что говорит о высокой точности гибридной модели. По результатам обучения модели была построена поверхность вывода по двум входным параметрам (частоте вращения дизеля и крутящему моменту дизеля). Поверхность имеет гладкий вид, что показывает возможность получения управляющего воздействия для любых значений входных переменных из заданного диапазона и позволяет при составлении таблицы блока управления двигателем избежать завышения значений расхода топлива, вследствие чего удастся повысить экологичность работы дизеля под воз-действием динамических нагрузок.