Билет № 1

1.История развития автоматического регулирования двс. Задачи дисциплины

Впервые автоматический регулятор построен в 1765 г. И.И.Ползуновым. История развития теории АР:

19 век – появление двс , повышение требований к качеству регулирования n об/мин (степень неравномерности). Применялся АР Д.Уатта. Появление АР с регулированием:

-по нагрузке (принцип Понселе)

-по ускорению (принцип братьев Сименс)

Задачи дисциплины «Автоматическое регулирование и управление ДВС» – изучение и практическое освоение методов анализа систем автоматического регулирования и управления ДВС, формирование базовых знаний, которые позволят студентам в будущем самостоятельно отслеживать развитие систем управления ДВС, а также осваивать новые информационные технологии анализа систем.

2. Механические арпд. Выбор способа регулирования исходя из уравнения двигателя. Регулятор братьев Симменс

А втомат.регулятором наз. прибор, обеспеч.автоматич.поддержание зад.значения регулир.параметра дв-ля с заданной точностью. Элемент АР, измер.отклонение какого-либо регулир.параметра дв-ля от его значения в зад.режиме работы, назыв.чувствит.элементом. Если чувствит.элемент системой соединит.элементов непосред.связан с органом упр-я дв-лем, назыв. рег-р прямого действия.(АРПД). АРПД в зависим. от типа чувствит.элемента делят на механ-е, пневмат-е, гидравл-е, электрич-е.

Билет № 2

1.Основные понятия о системе ар. Функциональные схемы дв-ля и его систем

Автомат.регулятором наз. прибор, обеспеч.автоматич.поддержание зад.значения регулир.параметра дв-ля с заданной точностью. Совокупность дв-ля и АР назыв.системой АР. САР предназн.для автоматич. поддержания заданных значений отдел.регулир.параметров ( частота вращения, тем-ра ОЖ, лавление наддува и т.д.), системы автоматизации пуска и остановки, контроля и защиты и системы автоматизации агрегат.обслуж-я.

В заимодействие элем-в в САР и управ-я наиболее наглядно иллюстрир.функционал.схемами ( элемент – прямоугольник, взаимодействие – стрелки).

2. Механические АРПД. Выбор способа регулирования исходя из уравнения двигателя.Регулятор по принципу Панселе.

Автомат.регулятором наз. прибор, обеспеч.автоматич.поддержание зад.значения регулир.параметра дв-ля с заданной точностью. Элемент АР, измер.отклонение какого-либо регулир.параметра дв-ля от его значения в зад.режиме работы, назыв.чувствит.элементом. Если чувствит.элемент системой соединит.элементов непосред.связан с органом упр-я дв-лем, назыв. рег-р прямого действия.(АРПД). АРПД в зависим. от типа чувствит.элемента делят на механ-е, пневмат-е, гидравл-е, электрич-е.

Билет № 3

ДВС как регулируемый объект

Функциональная схема комбинированного ДВС

Современный ДВС представляет собой совокупность взаимодействующих элементов.

К их числу относятся потребитель 8,собственно двигатель 7. Входными координатами двигателя (рис. 2.2 а) являются цикловые подачи топлива g_ц, воздуха G_Д и нагрузка N, а выходными – ω (угловая скорость КВ) и G_Г (подача газа в выпускной коллектор).

Для топливной аппаратуры 2 (рис. 2.1) цикловая подача топлива g_ц - выходная координата, а положение h органа управления рейки 5 – входная координата (рис. 2.2 б). Для топливной аппаратуры есть еще одна входная координата – ω_н – угловая скорость кулачкового вала насоса.

Впускной коллектор 1: входная координата - воздух от компрессора 3 в количестве G_н в единицу времени, выходная координата – воздух, поступающий к цилиндрам двигателя в количестве G_Д в единицу времени.

Выпускной коллектор 6: входная координата – G_Г (поступление газов из цилиндров двигателя), выходная координата – G_T (подача газов к турбине 4).

Компрессор: входная координата - ω_н (угловая скорость ротора турбокомпрессора), G_В (количество воздуха, поступающего из подводящего патрубка с воздушным фильтром) и h_н – положение органа управления (при регулируемом наддуве). Выходная координата – подача воздуха G_н в единицу времени во впускной коллектор.

Турбина: входная координата – поступление газа G_Т из выпускного коллектора в единицу времени и h_Т – положение органа управления турбиной (при регулируемом турбонаддуве). Выходные координаты – ω_к и G_ух (количество газа, уходящего из турбины в единицу времени).

В общем случае двигатель можно показать как на рис. 2. 2 и.

Механические АРПД

Восстанавливающая сила чувствительного элемента Восстанавливающей называется приведенная к оси движения муфты сила, направленная на восстановление положения муфты при невращающихся грузах. Такая сила создается в основном пружиной чувствительного элемента. Ψ – деформация пружины.

При перемещении муфты 8 на расстояние δ_Z восстанавливающая сила Е совершает работу Е_δz , равную работе F_Aδ_Z силы упругости F_A пружины 3. В этом случае Е = F_A. Если пружина не соосна с муфтой (пружина 9), то из условия равенства работ Е_δz = F_Bδy_B восстанавливающая сила Е = F_B(δy_B/δ_Z)

Иногда восстанавливающая сила Е^’ приводит к центру массы груза Ц, тогда Е^’=Еа/l, где а и l – плечи груза 2.

Билет № 4

ДВС как регулируемый объект

Установившиеся режимы работы ДВС Режимом работы двигателя называется его состояние в процессе работы, характеризуемое совокупностью ряда параметров , к числу которых относятся Ne – эффективная мощность, М – крутящий момент, ω – угловая скорость КВ, рн – давление наддува, ge – эффективный удельный расход топлива, α – коэффициент избытка воздуха, ηе – эффективный КПД и др. Установившийся режим работы ДВС – это режим, при котором числовые значения всех параметров сохраняются постоянными во времени. При этом они могут немного колебаться относительно своего среднего значения. Работа ДВС на установившемся режиме возможна только при выполнении условий статического равновесия, в связи с чем установившиеся режимы часто называют равновесными. Например, постоянство во времени ω при равновесном режиме возможно при выполнении условия: М0 - Мс0 = 0, где М0 – крутящий момент двигателя; Мс0 – момент потребителя (сопротивление). Постоянство теплового состояния двигателя (температуры ОЖ) при условии: QПО – QРО = 0, где QПО – количество теплоты, поступившее от двигателя в систему охлаждения в единицу времени; QРО – отдача теплоты (расход через радиатор) окружающей среде в ту же единицу времени. Давление воздуха во впускном коллекторе постоянно только при условии: GK0 – GД0 = 0. Давление отработавшего газа в выпускном коллекторе – при условии: GГ0 – GT0 = 0. Постоянное значение ωн – угловой скорости ротора турбокомпрессора обеспечивается при условии: МТ0 – МК0 = 0, где МТ0 и МК0 – крутящие моменты турбины и сопротивления компрессора. Значения параметров на установившихся режимах строго ограничены прочностными, тепловыми и газодинамическими возможностями.

Точка А с координатами (1,0;1,0) соответствует номинальному режиму работы; точка В – режиму кратковременной перегрузки (10-15%); точка С – холостому ходу при ω_ном ; точки D и E – минимально возможному скоростному режиму. Режимы работы ДВС на гребной винт (кривая 3) называют судовыми режимами. Режимы при ω_ном = const – стационарными режимами (вертикаль 4). Режимы, соответствующие заштрихованной площади – транспортные. Между параметрами работы двигателя существуют определенные функциональные зависимости. В общем виде их можно записать так: N_e0 = f(M₀;ω₀;α₀....).

Последовательная совокупность установившихся режимов работы при постоянстве одного из выбранных параметров образует соответствующую статическую характеристику двигателя. Например, М = f(ω) при М = const – регулировочную характеристику; М = f(h) при ω = const – нагрузочную характеристику и т. д.

Энергия, вырабатываемая двигателем, поглощается тем или иным потребителем, имеющим свою собственную статическую характеристику. Форма статической характеристики потребителя определяется его конструкцией и принципом действия.

Механические АРПД

Поддерживающая сила механического чувствительного элемента В процессе работы регулятора появляются силы, которые перемещают муфту и в зависимости от значения регулируемого параметра удерживают ее в некоторых промежуточных положениях. Приведенная к муфте сила, которая поддерживает муфту в промежуточном положении равновесия, называется поддерживающей. Эта сила в механических чувствительных элементах является приведенной к муфте центробежной силой грузов Pv = mгrωr2, где r – расстояние от центра тяжести груза до оси вращения, mг – масса груза, ω – угловая скорость груза. Воздействие центробежных сил Pv грузов на муфту можно заменить одной поддерживающей силой D = Aωp2, приложенной к муфте и действующей по оси ее движения. Значение этой силы определяют из условия равенства работ центробежных сил грузов, перемещающихся в направлении действия силы Pv на δr, и искомой силы, перемещающейся на δz: iгPvδr = Aωp2δz = iгmгrδrωr2, где iг – число грузов чувствительного элемента. Коэффициент поддерживающей силы А = iгmгrδr/δz. Коэффициент А зависит от положения муфты, т.е. А = f(z) (кривая 1). Путем умножения каждого значения А на ωp2 = const можно получить сетку характеристики поддерживающей силы (кривые 2 – 5). В некоторых случаях поддерживающая сила приводится к центру массы груза. Тогда она обозначается Сωp2. Условие равенства работ Сωp2δr = iгmгrδr ωp2 показывает, что С = iгmгr, т.е. характеристика С = f(r) является прямой. Умножение на ωp2 также дает прямолинейные характеристики, выходящие из начала координат.

Билет 5

1	ДВС как регулируемый объект
	Статические характеристики ДВС и потребителей

Последовательная совокупность установившихся режимов при постоянстве одного из выбранных параметров образует соответствующую статическую характеристику двигателя. Например, М = f (w) при h= const (положение рейки топливного насоса) дает скоростную характеристику; h = f (w) при М = const — регулировочную характеристику; М = f(h) при w= const — нагрузочную характеристику и т. д. Энергия, вырабатываемая двигателем, поглощается тем или иным потребителем, имеющим свою собственную статическуюхарактеристику. Например, статические характеристики 2, 3, 5 и 8 (рис. 2.3 а) гребного винта или гидравлического тормоза определяются зависимостью М_c = Ф_мw², электрического тормоза (генератора) — М_с=B_мw², где ФмВм — коэффициенты пропорциональности и т. д. Характеристика потребителя энергии, вырабатываемой двигателем, установленным, например, на автомобиле, Мс = f (w²) близка к квадратичной параболе со смещенной относительно начала координат вершиной. Таким образом, форма статической характеристики потребителя определяется его конструкцией и принципом действия