Помощь студентам в учебе
Адаптивная система управления электроприводами вспомогательного электрооборудования автомобилей
|
Введение 4
1. Анализ адаптивных систем управления электроприводами
вспомогательного электрооборудования автомобилей. Постановка задач исследования
1.1 Обзор электронных систем управления 9
1.2 Принципы построения адаптивных систем управления 14
1.3 Анализ разработок адаптивных систем управления двигателем постоянного тока в приводах вспомогательного электрооборудования автомобиля
1.4 Цель и задачи исследования 38
2. Исследование характеристик двигателя постоянного тока с возбуждением от постоянных магнитов
2.1 Анализ характеристик ДПТ 39
2.2 Описание методики проведения имитационного эксперимента
2.3 Исследование возможности ускорения процесса поиска оптимального режима насоса
2.4 Выводы по главе 56
3. Разработка адаптивной системы управления электроприводами вспомогательного электрооборудования автомобилей
3.1 Разработка алгоритма функционирования и выбор элементной базы АСУЭДВЭО автомобилей
3.2 Разработка структурной схемы и алгоритма управления адаптивной системы автоматического управления электроприводами вспомогательного электрооборудования
3.3 Разработка функциональной схемы АСУЭПВЭО автомобилей 70
3.4 Разработка принципиальной схемы АСУЭПВЭО автомобилей 76
3.5 Разработка программного обеспечения контроллера адаптивной
системы автоматического управления электродвигателями вспомогательного электрооборудования автомобилей
3.6 Особенности функционирования АСУЭПВЭО автомобилей в режиме регулирования параметрами сигнала управления ДПТ
3.7 Выводы по главе
Заключение
Библиографический список использованных источников
1. Анализ адаптивных систем управления электроприводами
вспомогательного электрооборудования автомобилей. Постановка задач исследования
1.1 Обзор электронных систем управления 9
1.2 Принципы построения адаптивных систем управления 14
1.3 Анализ разработок адаптивных систем управления двигателем постоянного тока в приводах вспомогательного электрооборудования автомобиля
1.4 Цель и задачи исследования 38
2. Исследование характеристик двигателя постоянного тока с возбуждением от постоянных магнитов
2.1 Анализ характеристик ДПТ 39
2.2 Описание методики проведения имитационного эксперимента
2.3 Исследование возможности ускорения процесса поиска оптимального режима насоса
2.4 Выводы по главе 56
3. Разработка адаптивной системы управления электроприводами вспомогательного электрооборудования автомобилей
3.1 Разработка алгоритма функционирования и выбор элементной базы АСУЭДВЭО автомобилей
3.2 Разработка структурной схемы и алгоритма управления адаптивной системы автоматического управления электроприводами вспомогательного электрооборудования
3.3 Разработка функциональной схемы АСУЭПВЭО автомобилей 70
3.4 Разработка принципиальной схемы АСУЭПВЭО автомобилей 76
3.5 Разработка программного обеспечения контроллера адаптивной
системы автоматического управления электродвигателями вспомогательного электрооборудования автомобилей
3.6 Особенности функционирования АСУЭПВЭО автомобилей в режиме регулирования параметрами сигнала управления ДПТ
3.7 Выводы по главе
Заключение
Библиографический список использованных источников
В мировом автомобилестроении в последние годы все чаще и чаще растет количество и качество требований к автомобилю, связанных с экологичностью, экономичностью эргономикой и безопасностью. [1]. Основной путь решения данной проблемы - увеличение количества электронных вспомогательных систем, которые способны снизить нагрузки водителя и пассажиров. Повышение характеристик таких систем требует значительного изменения конструкции и характеристик либо самих систем, либо их исполнительных узлов [2]. Основной элемент таких систем - электродвигатель, если речь идет о более старых автомобилях. На автотранспортных средствах последних лет повсеместно устанавливаются электроприводные системы [3].
Электронные системы автомобиля зачастую должны работать в условиях сильной вибрации, большого и резкого перепада температур, во влажности, пыли и других тяжелых условиях. Повышение срока службы таких систем решается за счет использования стандартной универсальной номенклатуры узлов, что снижает затраты времени и средств на ремонт, обслуживание и модернизацию [4].
Развитие систем управления характеризуется постоянным увеличением числа входящих в систему компонентов; усложнением законов управления частотой вращения, в зависимости от момента сопротивления, на валу ротора двигателя. На данный момент управление электрооборудованием автомобиля осуществляется с помощью микроконтроллерных независимых систем, или с помощью единой системы, которая включает в себя все электронные узлы автомобиля [5]. В большинстве систем используется принцип программного управления, главный недостаток которого - малый диапазон возможностей по установке оптимальных режимов работы. Данный недостаток обоснован некоторым несовершенством технологического производства электродвигателей, а так же случайными внешними воздействиями.
Системы, обладающие самой высокой эффективностью на данный момент - адаптивные системы управления (АСУ), например те, которые производят постоянный поиск по заданному параметру. Наиболее развитыми в группе систем автоматической оптимизации являются системы управления электроприводами вспомогательного электрооборудования (СУЭПВЭО) с широтно-импульсной амплитудно-частотной модуляцией (ШИАЧМ) управляющего сигнала, принцип функционирования которых основан на получении информации от объекта регулирования (ОР) в виде реакции на вводимые пробные поисковые воздействия. СУЭПВЭО свободны от указанного недостатка программируемых систем, так как они осуществляют поддержание на оптимальном уровне заданного параметра ОР в соответствии с его индивидуальными особенностями, состоянием и воздействием внешних факторов [6].
В применении к АСУ двигателями постоянного тока (ДПТ), создание СУЭПВЭО, сдерживается несовершенством методического и технического обеспечения разработок. Недостаточно исследована возможность и эффективность использования СУЭПВЭО для оптимизации параметров ДПТ. Уровень аппаратурной реализации и функционального построения систем не доведен до уровня развития систем с программным управлением. Недостаточно исследованы вопросы улучшения качества работы систем с инерционным ОР, в частности уменьшение времени поиска оптимального режима ОР в СУЭПВЭО дискретного типа.
Важным показателем качества регулирования, по которому можно выносить суждение о возможности применения СУЭПВЭО на объекте регулирования, является время выхода ОР в зону оптимального режима работы. Из теории управления известно, что система управления с поиском оптимального значения имеют довольно большие значения величины времени поиска наивыгодного значения параметра оптимизации ОР. Это непосредственно связано с тем, что все эти системы используют поисковые алгоритмы. Для эффективного применения СУЭПВЭО с ДПТ с возбуждением от постоянных магнитов, необходимо исследовать возможность ускорения вывода системы в зону оптимального режима работы.
В условиях непрерывных изменений внешних нагрузочных характеристик важнейшей задачей считается улучшение исходных характеристик, повышение жесткости механических характеристик. Возможность использования систем управления на транспортных средствах с различными значениями напряжения питания в бортовой сети, в различных системах вспомогательного электрооборудования автомобиля, с двигателями разной мощности, напряжения питания, назначения и характера нагрузки, Обеспечивает высокую степень взаимозаменяемости и адаптации по назначению.
Поэтому научно-техническая проблема решена в диссертации, предназначенной для обеспечения высокой степени универсальности адаптивной системы управления электроприводами вспомогательного электрооборудования автомобилей, высокой степени взаимозаменяемости компонентов системы, увеличения технического потенциала.
Эксплуатационные, защитные и потребительские свойства электромеханических вспомогательных систем электрооборудования, которые обеспечивают комфорт, безопасность активного и пассивного транспортного средства, улучшая свойства системы управления, с неопределенностью значений внутренних параметров объекта управления, таких как конструктивный параметр магнитной системы, сопротивление якорной цепи, индуктивность анкерной цепи в момент инерции системы, внешние параметры питания системы, такие как напряжение в бортовой сети, внешние помехи, такие как момент сопротивления и параметры. Импульсный управляющий сигнал, такой как рабочий цикл, амплитуды и частоты импульсов мощности, влияющих на выходные параметры объекта управления. Целью этой работы является изучение и разработка универсальной адаптивной системы управления электродвигателями вспомогательного электрооборудования автомобиля с поиском оптимального режима работы электродвигателя для повышения энергоэффективности на 12%.
Научная новизна работы заключается в следующем:
1. Разработан алгоритм программы управления электроприводами вспомогательного электрооборудования
В работе использованы различные методы теоретических и экспериментальных исследований. Минимизация принципиальной схемы выполнялась с применением булевой алгебры и метода поразрядной обработки данных. Разработка прикладного программного обеспечения системы проводилась с использованием метода декомпозиции и компиляционного метода программного моделирования логических схем.
Практическая ценность работы заключается в следующем:
1. Повышены эксплуатационные и защитные свойства систем вспомогательного электрооборудования автомобилей
2. Рекомендованы принципы построения адаптивной системы управления электроприводами вспомогательного электрооборудования автомобилей с ускорением поиска оптимального режима работы ДПТ.
Адаптивную систему управления электроприводами вспомогательного электрооборудования автомобилей с поиска оптимального режима работы двигателя можно рекомендовать для доводки перспективных образцов двигателей постоянного тока с возбуждением от постоянных магнитов, в частности, автоматизировать получение объективных значений оптимальных частот вращения роторов двигателей на различных режимах, а также использовать при диагностике серийных систем управления двигателями постоянного тока.
Апробация работы.
Основные результаты диссертационной работы были доложены, дополнены и одобрены в сборнике «Методы науки».
Публикации. Список научных трудов по диссертационной работе составляет 2 наименования.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, трех глав, заключения, библиографического списка, включающего 66 наименований. Основная часть работы изложена на 126 страницах машинописного текста. Работа содержит 44 рисунка.
Электронные системы автомобиля зачастую должны работать в условиях сильной вибрации, большого и резкого перепада температур, во влажности, пыли и других тяжелых условиях. Повышение срока службы таких систем решается за счет использования стандартной универсальной номенклатуры узлов, что снижает затраты времени и средств на ремонт, обслуживание и модернизацию [4].
Развитие систем управления характеризуется постоянным увеличением числа входящих в систему компонентов; усложнением законов управления частотой вращения, в зависимости от момента сопротивления, на валу ротора двигателя. На данный момент управление электрооборудованием автомобиля осуществляется с помощью микроконтроллерных независимых систем, или с помощью единой системы, которая включает в себя все электронные узлы автомобиля [5]. В большинстве систем используется принцип программного управления, главный недостаток которого - малый диапазон возможностей по установке оптимальных режимов работы. Данный недостаток обоснован некоторым несовершенством технологического производства электродвигателей, а так же случайными внешними воздействиями.
Системы, обладающие самой высокой эффективностью на данный момент - адаптивные системы управления (АСУ), например те, которые производят постоянный поиск по заданному параметру. Наиболее развитыми в группе систем автоматической оптимизации являются системы управления электроприводами вспомогательного электрооборудования (СУЭПВЭО) с широтно-импульсной амплитудно-частотной модуляцией (ШИАЧМ) управляющего сигнала, принцип функционирования которых основан на получении информации от объекта регулирования (ОР) в виде реакции на вводимые пробные поисковые воздействия. СУЭПВЭО свободны от указанного недостатка программируемых систем, так как они осуществляют поддержание на оптимальном уровне заданного параметра ОР в соответствии с его индивидуальными особенностями, состоянием и воздействием внешних факторов [6].
В применении к АСУ двигателями постоянного тока (ДПТ), создание СУЭПВЭО, сдерживается несовершенством методического и технического обеспечения разработок. Недостаточно исследована возможность и эффективность использования СУЭПВЭО для оптимизации параметров ДПТ. Уровень аппаратурной реализации и функционального построения систем не доведен до уровня развития систем с программным управлением. Недостаточно исследованы вопросы улучшения качества работы систем с инерционным ОР, в частности уменьшение времени поиска оптимального режима ОР в СУЭПВЭО дискретного типа.
Важным показателем качества регулирования, по которому можно выносить суждение о возможности применения СУЭПВЭО на объекте регулирования, является время выхода ОР в зону оптимального режима работы. Из теории управления известно, что система управления с поиском оптимального значения имеют довольно большие значения величины времени поиска наивыгодного значения параметра оптимизации ОР. Это непосредственно связано с тем, что все эти системы используют поисковые алгоритмы. Для эффективного применения СУЭПВЭО с ДПТ с возбуждением от постоянных магнитов, необходимо исследовать возможность ускорения вывода системы в зону оптимального режима работы.
В условиях непрерывных изменений внешних нагрузочных характеристик важнейшей задачей считается улучшение исходных характеристик, повышение жесткости механических характеристик. Возможность использования систем управления на транспортных средствах с различными значениями напряжения питания в бортовой сети, в различных системах вспомогательного электрооборудования автомобиля, с двигателями разной мощности, напряжения питания, назначения и характера нагрузки, Обеспечивает высокую степень взаимозаменяемости и адаптации по назначению.
Поэтому научно-техническая проблема решена в диссертации, предназначенной для обеспечения высокой степени универсальности адаптивной системы управления электроприводами вспомогательного электрооборудования автомобилей, высокой степени взаимозаменяемости компонентов системы, увеличения технического потенциала.
Эксплуатационные, защитные и потребительские свойства электромеханических вспомогательных систем электрооборудования, которые обеспечивают комфорт, безопасность активного и пассивного транспортного средства, улучшая свойства системы управления, с неопределенностью значений внутренних параметров объекта управления, таких как конструктивный параметр магнитной системы, сопротивление якорной цепи, индуктивность анкерной цепи в момент инерции системы, внешние параметры питания системы, такие как напряжение в бортовой сети, внешние помехи, такие как момент сопротивления и параметры. Импульсный управляющий сигнал, такой как рабочий цикл, амплитуды и частоты импульсов мощности, влияющих на выходные параметры объекта управления. Целью этой работы является изучение и разработка универсальной адаптивной системы управления электродвигателями вспомогательного электрооборудования автомобиля с поиском оптимального режима работы электродвигателя для повышения энергоэффективности на 12%.
Научная новизна работы заключается в следующем:
1. Разработан алгоритм программы управления электроприводами вспомогательного электрооборудования
В работе использованы различные методы теоретических и экспериментальных исследований. Минимизация принципиальной схемы выполнялась с применением булевой алгебры и метода поразрядной обработки данных. Разработка прикладного программного обеспечения системы проводилась с использованием метода декомпозиции и компиляционного метода программного моделирования логических схем.
Практическая ценность работы заключается в следующем:
1. Повышены эксплуатационные и защитные свойства систем вспомогательного электрооборудования автомобилей
2. Рекомендованы принципы построения адаптивной системы управления электроприводами вспомогательного электрооборудования автомобилей с ускорением поиска оптимального режима работы ДПТ.
Адаптивную систему управления электроприводами вспомогательного электрооборудования автомобилей с поиска оптимального режима работы двигателя можно рекомендовать для доводки перспективных образцов двигателей постоянного тока с возбуждением от постоянных магнитов, в частности, автоматизировать получение объективных значений оптимальных частот вращения роторов двигателей на различных режимах, а также использовать при диагностике серийных систем управления двигателями постоянного тока.
Апробация работы.
Основные результаты диссертационной работы были доложены, дополнены и одобрены в сборнике «Методы науки».
Публикации. Список научных трудов по диссертационной работе составляет 2 наименования.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, трех глав, заключения, библиографического списка, включающего 66 наименований. Основная часть работы изложена на 126 страницах машинописного текста. Работа содержит 44 рисунка.
В данной выпускной квалификационной работе решалась проблема разработки адаптивной системы управления электроприводами вспомогательного электрооборудования автомобилей. По итогам проеденного обзора в первой главе работы, обоснована целесообразность разработки адаптивной системы управления электроприводами вспомогательного электрооборудования автомобилей с выводом ДПТ в зону оптимального режима.
Во второй части работы исследовано влияние скорости изменения входного воздействия и величины начального отклонения выхода АСУ на время выхода объекта регулирования в зону оптимального режима. По итогам проведенного моделирования сделаны выводы о необходимости дополнительных корректив при проектировании системы автоматического регулирования.
В третьей части выпускной работы разработан алгоритм программы управления электродвигателями вспомогательного электрооборудования. Кроме того, даны рекомендации по проектированию и применению адаптивной системы управления ДПТ.
Во второй части работы исследовано влияние скорости изменения входного воздействия и величины начального отклонения выхода АСУ на время выхода объекта регулирования в зону оптимального режима. По итогам проведенного моделирования сделаны выводы о необходимости дополнительных корректив при проектировании системы автоматического регулирования.
В третьей части выпускной работы разработан алгоритм программы управления электродвигателями вспомогательного электрооборудования. Кроме того, даны рекомендации по проектированию и применению адаптивной системы управления ДПТ.