6. Описание гидравлического сервомотора

Г идравлический сервомотор используется для перемещения рейки топливного насоса при изменении положения тяги чувствительного элемента. В его состав входит золотниковый гидрораспределитель 1 и исполнительный гидроцилиндр 2 (рис. 6).

Скорость движения поршня гидроцилиндра определится расходом поступающей в его полость жидкости. Расход жидкости, в свою очередь, определится проходным сечением гидрораспределителя, т.е. смещение его золотника из среднего закрытого положения. Следовательно, можно записать уравнение связи перемещения тяги чувствительного элемента и рейки топливного насоса в виде:

, откуда . (25)

Передаточная функция сервомотора:

. (26)

Для определения коэффициента усиления сервомотора можно воспользоваться уравнением статики:

, (27)

где – время перемещения поршня на величину .

Полный ход поршня гидроцилиндра для всережимного регулятора равен номинальному перемещению рейки топливного насоса (в относительном выражении). Наибольшая скорость движения поршня обеспечивается при полном открытии золотника z = 1. Пусть быстродействие гидроцилиндра определяется временем Т перемещения его поршня из одного крайнего положения в другое (техническая характеристика гидроцилиндра), тогда коэффициент усиления сервомотора:

, (28)

где Т – время полного хода поршня гидроцилиндра при номинальном расходе подаваемой в цилиндр рабочей жидкости.

7. Описание изодромного устройства обратной связи

И зодромная обратная связь является гибкой обратной связью, характер которой меняется при изменении скорости движения рейки топливного насоса. В состав изодромного устройства входят: гидравлический цилиндр 2, игла 3 регулировки проходного сечения для перетечки жидкости, пружина 1 изодрома (рис. 7).

Игла 3 изодромного устройства позволяет регулировать силу сопротивления движению поршня в цилиндре изодромного устройства, что вызывает изменение "жесткости" обратной связи. Если игла полностью перекроет проходное сечение, то за счет не сжимаемости жидкости изодромное устройство уподобится твердому телу (для идеальной жидкости).

Сопротивление жидкости движению поршня изодромного устройства будет зависеть от скорости его движения и от положения иглы. Для поршня можно записать уравнение действующих на него сил:

. (29)

После преобразования:

, (30)

где g – жесткость пружины изодромного устройства, – коэффициент силы сопротивления жидкости.

Переходя к операторной форме записи, получим:

, (31)

где – постоянная времени изодромного устройства, – коэффициент усиления изодромного устройства. Оба параметра зависят от положения регулировочной иглы изодромного устройства.

Передаточная функция изодромного устройства:

, (32)

следовательно, изодромное устройство представляет собой реальное дифференцирующее типовое звено.

8. Описание изодромного регулятора

Регулятор определяет закон регулирования, характеризующийся связью между отклонением (ошибкой) управляемого параметра (скорость вращения вала) от заданного значения и управляющим воздействием (перемещение рейки топливного насоса), устраняющим возникшее отклонение. Изодромный регулятор реализует закон пропорционально - интегрального регулирования (ПИ - регулирования).

При ПИ - регулировании управляющее воздействие регулятора определяется как сумма величины пропорциональной отклонению (пропорциональное управление) и величины пропорциональной интегралу отклонения (интегральное управление). ПИ - регуляторы имеют хорошее быстродействие и высокую точность регулирования.

Структурная схема изодромного регулятора имеет вид:

Рис.8 Структурная схема изодромного регулятора:

z(t) – перемещение золотника; h(t) – перемещение рейки ТНВД; x(t) – движение корпуса изодромного устройства; y(t) – перемещение рычага обратной связи.

Структурная схема позволяет определить передаточную функцию изодромного регулятора, которая имеет следующий вид:

(33)

где kp – общий коэффициент усиления регулятора.

(34)

где kос – коэффициент усиления обратной связи; Тр – постоянная времени регулятора;

(35)

Структурная схема САРЧ вала дизеля приведена на рисунке 9.

Рис. 9. Структурная схема САРЧ вала дизеля

Принимать для всех вариантов: k_ос = 0,05 и Т_и = k_и = 0,1 с.

Используя структурную схему САРЧ вала дизеля собрать ее в пакете Simulink системы MATLAB, построить логарифмические частотные характеристики САРЧ вала дизеля для номинального режима, сделать вывод об устойчивости, определить запасы устойчивости, построить графики переходного процесса в САРЧ вала дизеля для номинального режима и определить качество регулирования. Методика вышеуказанных действий достаточно подробно описана в [5].

ЛИТЕРАТУРА

1. Ланчуковский В.И., Козьминых А.В. Автоматизированные системы управления судовыми дизельными и газотурбинными установками: Учебник для вузов. – М.: Транспорт, 1990. – 335 с.

2. Дизели. Справочник. Под общей редакцией В.А. Ваншейдта, Н.Н. Иванченко, Л.К. Коллерова. Л., Машиностроение, 1977. – 480с.

3. Бурдун Г.Д. Единицы физических величин. М.: Издательство комитета стандартов, 1967. – 216 с.

4. Юревич Е.И. Теория автоматического управления. Л.: Энергия, 1975. – 416 с.

5. Щербаков В.С., Руппель А.А., Глушец В.А. Основы моделирования систем автоматического регулирования и электротехнических систем в среде MATLAB и SIMULINK: Учебное пособие. – Омск: Изд-во СибАДИ, 2003. – 160 с.