ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 03.06.2020
Просмотров: 699
Скачиваний: 4
Так как целью дипломного проекта является модернизация системы управления топливоподачей дизельного двигателя КамАЗ, то установим на двигатель электрогидравлический регулятор, воздействующий на рейки ТНВД.
3.5 Описание конструкции электрогидравлического усилителя
Схема электрогидроусилителя – преобразователя типа "сопло – магнитожидкостная заслонка" представлена на рисунке 7
1 – заслонка; 2 – золотник; 3, 4 – катушки; 5 – сопло; 6,7 – дроссели;
8,9 – синхронизирующие пружины; 10 – регулировочный винт
Рисунок 7 – Конструкция электрогидравлического усилителя мощности
типа «сопло–магнитожидкостная заслонка»
Гидроусислитель – преобразователь типа "сопло – магнитожидкостная заслонка" вместе с управляющим золотником составляет гидравлическое исполнительное устройство с дроссельным регулированием.
Золотник представляет гидравлическое исполнительное устройство с дроссельным регулированием второго каскада усиления. Входными переменными второго каскада будут смещение управляющего золотника, а выходными – расход через дросселирующие выходные щели золотника.
Стабильность и линейность характеристики обеспечиваются не только значением давления питания, но и соответствующими геометрическими формами
рабочих органов гидроусилителя.
Электрогидроусилитель состоит из двух каскадов усиления первый каскад усиления, состоит из расходной камеры, двух сопел 5 и заслонки 1 выполненной в виде тонкостенной оболочки из эластичной маслостойкой резины, заполненной магнитной жидкостью. Второй каскад включает золотник 2 с синхронизирующими пружинами 8, 9, которые при отсутствии управляющего сигнала удерживают золотник в нейтральном положении.
Электрогидроусилитель содержит постоянные дроссели 6, 7 для снижения давления в соплах. Для регулировки центрального положения золотника используется регулировочный винт 10. Для управления заслонкой используются катушки индуктивности с Ш образным магнитопроводом, которые подключаются к источнику управляющего напряжения.
Поток рабочей жидкости подается в электрогидроусилитель мощности через два канала. В один канал в усилитель подается управляющий поток рабочей жидкости к элементу "сопло–магнитожидкостная заслонка" через постоянные дроссели 6 и 7.
При подаче на одну из катушек индуктивности управляющего напряжения возникает электромагнитное поле, которое воздействует на магнитожидкостную заслонку, которая, притягиваясь к торцевой части сопла, изменяет тем самым рабочий зазор между заслонкой и соплом. В результате этого эффекта возникает перепад давлений в междроссельных камерах и на торцах золотника, что приводит к его перемещению относительно центрального положения. Золотник перемещаясь, открывает канал, из которого поступает давление нагрузки и направляет его в один из двух выходных каналов. Расход рабочей жидкости в усилителе постоянный, жидкость выходит из электрогидроусилителя мощности через сливные каналы на управляемый золотниковый двигатель.
4 ВЫБОР И РАСЧЕТ УСТРОЙСТВ СИСТЕМЫ
4.1 Выбор и расчёт передаточной функции микроконтроллера
Микропроцессор в системе должен выполнять функцию обработки сигнала, поступающего с датчика, и выдавать соответствующее значение на выработку управляющего сигнала. То есть с датчика системы поступает сигнал на микропроцессор, микропроцессор «оценивает» ситуацию и через электронный преобразователь подает импульс на левую или правую катушку. Те, в свою очередь, вырабатывают электромагнитное поле, вследствие чего заслонка перемещается вправо или влево, на определенное расстояние.
В разрабатываемой системе будет установлен микроконтроллер AT89C51 в силу наличия у него всех требуемых компонентов и достаточной производительности работы.
AT89C51 – это высокопроизводительный, 8–битный микроконтроллер с низким потреблением энергии. AT89C51 имеет 4 Кб внутренней Flash памяти, 128 байт оперативной памяти, 5 векторную 2 уровневую систему прерываний, часы реального времени и работает на частоте до 24МГц.
Программа обслуживания модуля записывается в энергонезависимую память программ процессора объёмом. Модуль имеет внутреннюю 8-битную шину данных, к которой подсоединены 8 – канальный, 12 – разрядный АЦП (аналогово цифровой преобразователь) АD7859 с временем преобразования 5 мкс и 10 – разрядный 4– канальный ЦАП AD7805.
Запуск АЦП осуществляется либо по прерыванию от внутреннего таймера, либо отрицательным внешним импульсом. Цифровой выход АЦП в данной конструкции работает в 8 – битном режиме, так что чтение показаний проводится в 2 этапа. АЦП работает с внутренним опорным напряжением. Диапазон преобразования напряжения 0 – 2,5 В. Каждый выход АЦП должен быть защищён от перенапряжения. Эту функцию выполняют диоды, подключённые к аналоговой земле и к источнику питания. Обращение к ЦАП (цифровой аналоговой преобразователь) происходит в 3 этапа. Сначала в два этапа по внутренней 8 – битной шине записывается 10 – битное слово данных во внутренний регистр канала. Два младших бита слова данных отображены на адресном пространстве. ЦАП работает с внутренним напряжением и имеет диапазон выходных сигналов 0 – 2,5В.
Возможности данного устройства позволяют решать такие задачи по автоматизации измерений, контролю и управлению, которых не требуется высокая производительность. Средняя скорость измерения в секунду 300 – 400 измерений в секунду. Такая производительность вполне достаточна для решения широкого круга задач.
Таблица 1 – Характеристики МКАТ89С51
-
Параметр
Значения
Номинальная мощность потребления
750 мВт
Напряжение питания
15 В
Частота тактовых импульсов
2,5 Мгц
Число тактовых входов
2
Время пересылки в память
4 мкс
Время пересылки память - память
20 мкс
Разрядность адреса
16
Разрядность данных
12
Внутренний буфер
128 байт
Память программ процессора
4 Кбайт
Такт квантования
2 мкс
Таблица 2 – Характеристики АЦП AD7859 и ЦАП AD7805
Параметр
|
Характеристики АЦП AD7859 |
Характеристики ЦАП AD7805 |
Число разрядов |
12 |
10 |
Максимальное быстродействие |
5 мкс |
4 мкс |
Ток питания |
30 мА |
0,1 мА |
Напряжение питания |
15 В |
5–15 В |
Напряжение выходных сигналов |
0–2,5 В |
0–2,5 В |
Частота тактовых импульсов |
153,6 кГц |
153,6 кГц |
Период дискретизации |
6,5·10-6 1/Гц |
6,5·10-6 1/Гц |
Число тактовых входов |
2 |
2 |
Число рабочих каналов |
8 |
4 |
При расчете линейной части системы принимаем передаточную функцию микропроцессора принимаемой равной единице:
(1)
4.2 Выбор и расчёт передаточной функции датчика перемещений
В качестве датчика обратной связи может быть использован резистивный датчик. Однако резистивные датчики не обладают достаточной точностью, погрешности измерений резистивного датчика могут быть вызваны в частности жесткими температурными условиями работы. Оптоэлектронные датчики лишены таких недостатков, их показания не зависят от изменения температуры и вибрационных нагрузок. Абсолютный оптоэлектронный датчик линейных перемещений ДЛП-120Ц-005 предназначен для непрерывного преобразования значений координаты в унифицированный электрический сигнал в системах контроля и управления. Датчик ДЛП-120Ц-005 измеряет, линейные перемещения и преобразует их в пропорциональный электрический сигнал.
Технические характеристики датчика:
- диапазон изменения выходного сигнала
постоянного тока, (мА) 0÷5;
- основная погрешность, % от диапазона
измерения 1,0;
- пульсация выходного тока, (%) 0,2;
- постоянная времени, не более (сек) 0,2;
- потребляемая мощность, не более (Вт) 10.
Датчик линейных перемещений ДЛП-120Ц-005 имеет передаточную функцию вида:
(2)
где kдп - коэффициент передачи датчика kдп=0,05;
Тд – постоянная времени датчика, Тд=0,06(с)
Получим передаточную функцию вида:
(3)
4.3 Выбор гидроцилиндра и расчёт его передаточной функции
Гидроцилиндры являются простейшими гидродвигателями, которые применяются в качестве исполнительных механизмов гидроприводов различных и механизмов с поступательным движением выходного звена. По принципу действия и конструкции гидроцилиндры весьма разнообразны, и применение того или иного типа гидроцилиндра диктуется конкретными условиями работы, назначением и конструкцией той машины, в которой он используется.
В гидроцилиндрах одностороннего действия движение выходного звена под действием потока рабочей жидкости осуществляется только в одном направлении. Движение в обратном направлении происходит под действием внешних сил, например под действием веса поднимаемого груза, или пружины.
В гидроцилиндрах двустороннего действия движение выходного звена в обоих направлениях осуществляется под действием потока рабочей жидкости. Поскольку для регулирования давления необходимо движение штока гидроцилиндра в обе стороны, выбираем гидроцилиндр двустороннего действия.
Технические параметры гидроцилиндра :
– Рабочее давление, р(МПа) 1,5;
– диаметр поршня гидроцилиндра D(мм) 40;
–диаметр штока, d (мм) 12;
– масса штока m (кг) 1,3;
– перемещение штока, (мм) 100;
– скорость выходного штока (м/c) 5;
– механический КПД η 0,7;
– объёмный КПД 0,55.
В качестве рабочей жидкости в гидроцилиндре применяется минеральное масло АМГ-10 ГОСТ 6794-53, так как оно обладает достаточно большими температурными вспышками и воспламенения, низкой температурой застывания, достаточной вязкостью. Его сжимаемостью можно пренебречь.
Характеристики минерального масла АМГ-10 ГОСТ 6794-53:
– плотность, (кг/м3) 850;
– объёмный модуль упругости, (Н/см2) 16·104;
– температура вспышки, (0К) 365–390;
– температура воспламенения, (0К) 500;
– температура застывания, ( 0К) –70;
– коэффициент вязкого трения, (м2/с) 54;
– рабочая температура, (0С) –40…+60.
Если учесть, что в гидроцилиндре имеется только центрирующая поршень пружина и можно пренебречь сжимаемостью жидкости, то прямоходный гидроцилиндр имеет передаточную функцию вида:
(4)
где kгц – коэффициент передачи;
Тгц – постоянная времени гидроцилиндра, с;
Тпр - вторая постоянная времени с;
Коэффициент передачи гидроцилиндра kГЦ определяется из соотношения мощностей:
, (5)
где - отклонение входной мощности, кВт;
- отклонение выходной мощности, кВт.
Выходная мощность определяется по формуле:
где Nвых = P · η = 0,1 · 0,7 = 0,07 (кВт), (6)
где Р – номинальная мощность гидроцилиндра, кВт;
η – механический КПД гидроцилиндра.
Коэффициент передачи гидроцилиндра примет вид:
(7)
Постоянная времени гидроцилиндра определяется из соотношения:
(8)
где m – масса штока, (кг);
S – площадь поршня гидроцилиндра, (м2);
rД – коэффициент, характеризующий перетечки жидкости;
f – коэффициент вязкого трения (для АМГ – 10 f = 5,2 сСт).
Площадь поршня можно найти из соотношения:
, (9)
где мм = 0,035 м – радиус поршня гидроцилиндра; (10)
Тогда S = 3,14·0,0352 = 0,00122 (м2)
Коэффициент rД определяется через объёмный КПД:
(11)
где ηV – объёмный КПД;
Vmax – максимальный объём жидкости в гидроцилиндре, м3;
pн – перепад давлений в полостях гидроцилиндра, МПа.
Перепад давлений определяется из соотношения:
, (12)
где F – усилие при выдвигающемся штоке, Н
(13)
Тогда:
Тогда передаточная функция гидравлической системы запишется в виде:
(14)
3.6 Выбор электрогидроусилителя "сопло – магнитожидкостная заслонка" и расчёт её передаточной функции
В системе используется разработанный на кафедре УИТ электрогидроусилитель – преобразователь "сопло – магнитожидкостная заслонка".
Передаточная функция электрогидроусилителя-преобразователя типа "сопло – магнитожидкостная заслонка" имеет вид:
(15)
4.4 Анализ способов решения задач синтеза дискретных САР
В настоящее время наибольшее распространение получили два способа ре-
шения задач синтеза дискретных САР. Первый способ основан на применении билинейного преобразования и построении желаемых логарифмических амплитудных и фазовых характеристик относительно псевдочастоты с последующим нахождением программ коррекции. По второму способу сначала определяют положения полюсов и нулей характеристического уравнения замкнутой САР, а уже по ним строят желаемые формы корневых годографов с последующим нахождением условий их взаимной компенсации. Кроме того, можно вычислить типы и параметры обратных связей по состоянию системы и ее выходному сигналу в виде динамических звеньев. Теоретической основой второго способа является векторно-матричный аппарат, позволяющий решать задачу синтеза, как при полном, так и неполном измерении фазовых координат. При этом необходимо выполнить проверку управляемости и наблюдаемости.
Первый способ обычно применяют при синтезе последовательных и параллельных корректирующих устройств, а второй – при синтезе устройств параллельной коррекции. Возможно объединение обоих способов; тогда выбор векторно-матричного уравнения желаемой САР осуществляют с помощью билинейного преобразования с последующим выбором нулей и полюсов замкнутой системы, а программу коррекции определяют в виде обратных связей. Данную задачу можно решить достаточно просто лишь при наличии одних полюсов. Если в характеристическое уравнение входят нули, то процедура синтеза усложняется.
Постановка задачи синтеза данной системы по своей форме не отличаются от синтеза линейных непрерывных систем. В процессе ее решения также необходимо найти такую структуру и параметры системы, при которых обеспечивалось бы получение заданных техническими условиями запасов устойчивости, показателей качества и характеристик точности.
Синтез, основанный на построении желаемой логарифмической амплитудой и фазовой характеристик состоит в следующем: