ВУЗ: Не указан

Категория: Не указан

Дисциплина: Не указана

Добавлен: 03.06.2020

Просмотров: 699

Скачиваний: 4

ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.

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

515 В

Напряжение выходных сигналов

02,5 В

02,5 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: