Sw-motors.ru

Автомобильный журнал
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Что такое адаптивное управление двигателя

Что такое адаптивное управление двигателя

Термин «адаптация» заимствован теорией управления из биологии, где им обозначают свойство приспособления организма к изменениям внешней среды. Так как элементы приспособления или адаптации существуют в любой автоматической системе, как в замкнутой, так и разомкнутой, то для выделения класса адаптивных систем необходимо дать характеристику тем условиям или требованиям, которые предъявляются к автоматическим системам управления и не могут быть качественно разрешены традиционными методами неадаптивного управления.

Прежде всего необходимость в адаптивных системах управления возникает в связи с значительным усложнением решаемых задач управления, причем специфическая особенность такого усложнения заключается в отсутствии практической возможности для подробного изучения и описания процессов, протекающих в управляемом объекте. Примерами таких объектов могут служить многокомпонентные технологические процессы в химической промышленности, где не представляется возможным описание всей совокупности химических реакций, термодинамических и других физических процессов, или современные высокоскоростные летательные аппараты, точные априорные данные о характеристиках которых во всех условиях

функционирования не могут быть получены из-за значительных разбросов параметров атмосферы, больших диапазонов изменения скоростей полета, дальностей и высот, а также из-за наличия широкого спектра параметрических и внешних возмущений.

Неадаптивные методы управления, как правило, предусматривают наличие достаточного объема априорных сведений о внутренних и внешних условиях работы объекта еще на предварительной стадии разработки системы, которые затем используются при проектировании автоматической системы. Чем полнее априорная информация о характеристиках системы и условиях ее работы, тем обычно выше качество неадаптивного управления. Отсюда видно, что создание адаптивных систем управления осуществляется в принципиально иных условиях, т. е. адаптивные методы должны способствовать достижению высокого качества управления при отсутствии достаточной полноты априорной информации о характеристиках управляемого процесса или в условиях неопределенности.

Вполне очевидно, что по мере усложнения задач, возлагаемых на автоматические системы управления, указанная неопределенность растет, т. е. становится все сложнее заранее определять характер изменения динамических свойств системы и управляемого процесса. Поэтому трудности в обеспечении надлежащего качества управления также возрастают по мере уменьшения объема априорных знаний о системе.

Благодаря адаптивным методам управления найдены достаточно эффективные способы преодоления указанных трудностей.

Эффект приспособления к изменяющимся условиям в адаптивных системах достигается за счет того, что часть функций по получению, обработке и анализу недостающей информации об управляемом процессе осуществляется уже не проектировщиком на предварительной стадии, а самой системой в процессе ее нормальной эксплуатации.

Такой частичный перенос функций способствует не только более полному использованию рабочей информации (совокупности данных о состоянии системы, получаемой непосредственно в процессе управления) при формировании управляющих воздействий, но и позволяет существенно снизить влияние неопределенности на качество управления, компенсируя в определенной степени недостаток априорного знания проектировщика об управляемом процессе.

Таким образом, к адаптивному управлению приходится обращаться тогда, когда сложность управляемого процесса достигает такого уровня, при котором влияние неопределенности или «неполноты» априорной информации об условиях работы системы становится существенным для обеспечения заданного качества процессов управления.

Система активного рулевого управления AFS

AFS (Active Front Steering) – это система активного рулевого управления, которая по своей сути является усовершенствованной классической системой рулевого управления. Основное назначение AFS – верное распределение усилия между всеми составляющими рулевой системы, а главная цель – повысить эффективность управления автомобилем на различных скоростях. Водитель же, при наличии в автомобиле активного рулевого управления, получает повышенный комфорт и уверенность в движении. Рассмотрим принцип работы, устройство AFS, а также его отличия от классической системы рулевого управления.

  1. Принцип работы
  2. Устройство и основные составляющие
  3. Преимущества и недостатки
  4. Применение

Принцип работы

Активное рулевое управление включается в работу вместе с запуском двигателя. Режимы работы системы AFS зависят от текущей скорости автомобиля, угла поворота рулевого колеса и типа дорожного покрытия. Таким образом, системе удается оптимально изменять передаточное отношение (усилие от рулевого колеса) в рулевом механизме в зависимости от режима движения автомобиля.

При начале движения автомобиля включается электродвигатель. Он начинает работать после сигнала от датчика угла поворота руля. Электромотор посредством червячной пары начинает вращать внешнюю шестерню планетарного редуктора. Основная функция внешнего зубчатого колеса – изменение передаточного отношения. При максимальной скорости вращения шестерни оно достигает наименьшего значения (1:10). Все это способствует снижению количества оборотов руля и повышению комфорта при маневрировании на низкой скорости.

Читать еще:  Выжимание сцепления при запуске двигателя

Увеличение скорости автомобиля сопровождается замедлением скорости вращения электромотора. Из-за этого постепенно (пропорционально увеличению скорости движения) растет передаточное отношение. Электромотор прекращает вращаться на скорости 180-200 км/ч, при этом усилие от рулевого колеса начинает передаваться непосредственно на рулевой механизм, а передаточное отношение становится равным значению 1:18.

Если скорость автомобиля продолжает увеличиваться, электродвигатель снова запускается, однако в этом случае он начинает вращаться в другом направлении. Значение передаточного отношения при этом может достигнуть 1:20. Рулевое колесо становится наименее острым, его обороты до крайних положений увеличиваются, что обеспечивает безопасное совершение маневров на большой скорости.

Система AFS также способствует стабилизации движения автомобиля при потере сцепления задней оси с дорожным покрытием, а также при торможении на скользких участках дороги. Курсовая устойчивость машины сохраняется с помощью системы динамической стабилизации (DSC – Dynamic Stability Control). Именно после сигналов от ее датчиков AFS корректирует угол поворота передних колес.

Еще одна особенность активного рулевого управления – это невозможность его отключения. Данная система функционирует постоянно.

Устройство и основные составляющие

Основные составляющие AFS:

  • Рулевая рейка с планетарным редуктором и электромотором. Планетарный механизм изменяет скорость вращения рулевого вала. Данный механизм состоит из коронной (эпициклической) и солнечной шестерен, а также блока сателлитов и водила. Планетарный редуктор размещается на рулевом валу. Электродвигатель вращает коронную шестерню через червячную передачу. При вращении этого зубчатого колеса меняется передаточное отношение механизма.
  • Входные датчики. Необходимы для измерения различных параметров. При работе AFS используются: датчик угла поворота рулевого колеса, датчики положения электродвигателя, датчики системы динамической стабилизации, датчики суммарного угла поворота. Последний датчик может отсутствовать, а угол рассчитывается на основании сигналов с остальных датчиков.
  • Электронный блок управления (ЭБУ). В него приходят сигналы со всех сенсоров. Блок обрабатывает сигнал, а после отправляет команды на исполнительные устройства. ЭБУ также активно взаимодействует со следующими системами: электрогидравлический усилитель руля Servotronic, система управления двигателем, DSC, система доступа в автомобиль.
  • Рулевые тяги и наконечники.
  • Рулевое колесо.

Преимущества и недостатки

Система AFS обладает неоспоримыми преимуществами для водителя: она повышает безопасность и комфорт во время движения автомобиля. AFS – электронная система, являющаяся более предпочтительной, нежели гидравлика, благодаря следующим своим преимуществам:

  • точная передача действий водителя;
  • повышенная надежность из-за меньшего количества деталей;
  • высокое быстродействие;
  • малый вес.

Существенных недостатков у AFS не выявлено (не считая его стоимости). Активное рулевое управление редко дает сбои. Если все же удалось повредить электронную начинку, то самостоятельно настроить систему не получится – необходимо везти автомобиль с AFS в сервис.

Применение

Active Front Steering является фирменной разработкой немецкого автоконцерна BMW. На текущий момент AFS устанавливается в качестве опции на большинство машин данной марки. Впервые активное рулевое управление было установлено на автомобили BMW в 2003 году.

Выбирая машину с активным рулевым управлением, автолюбитель получает комфорт и безопасность при езде, а также легкость управления. Повышенная надежность системы Active Front Steering гарантирует продолжительную эксплуатацию без поломок. AFS – это опция, которой не стоит пренебрегать при покупке нового автомобиля.

Электропривод с адаптивным управлением

Работа некоторых рабочих машин и производственных меха­низмов характеризуется случайным изменением в широких преде­лах условий технологических процессов и различных действую­щих на них возмущающих воздействий. Для обеспечения наилуч­шего хода таких технологических процессов ЭП должен иметь возможность изменять соответствующим образом характер своей работы.

Электропривод, функционирование системы управления кото­рого автоматически и целенаправленно изменяется с целью осуще­ствления наилучшего протекания технологического процесса, на­зывается ЭП с адаптивным или самоприспосабливающимся управ­лением. Другими словами, ЭП с адаптивным управлением обеспе­чивает оптимальный ход технологического процесса по заданному показателю качества при изменяющихся возмущениях и условиях работы. Автоматическое изменение функционирования системы уп­равления ЭП называется адаптацией, или самоприспособлением.

Читать еще:  Шарарам как сделать вечный двигатель

Если в ЭП с адаптивным управлением целенаправленно изменя­ются параметры системы управления, то привод называется самонастраивающимся, если изменяются параметры и структура систе­мы управления, — самоорганизующимся, если изменяются парамет­ры, структура и закон управления с использованием опыта функ­ционирования ЭП, — самообучающимся.

Для осуществления адаптивного управления ЭП служит устройство адаптивного управления (УАУ), которое формирует сигналы управ­ления, обеспечивающие заданный показатель качества технологичес­ких процессов, например наивысшую производительность рабочей ма­шины, минимальную стоимость обрабатываемой детали и др.

В общем случае УАУ должно обеспечивать или поддержание этого показателя качества на заданном уровне (системы стабилизации), или получение его экстремального значения (экстремальные системы).

Системы стабилизации чаще всего основываются на использо­вании модели технологического процесса, с помощью которой обес­печивается близость характеристик реального и целесообразного (оптимального) технологического процесса.

В экстремальных адаптивных системах параметры системы уп­равления настраиваются на экстремальное значение заданного по­казателя качества технологического процесса.

По способу получения информации о текущем значении показа­теля качества экстремальные системы подразделяются на поиско­вые и беспоисковые. В поисковых системах показатель качества дос­тигается за счет введения в систему дополнительных поисковых сиг­налов. В беспоисковых (аналитических) системах он рассчитывает­ся аналитически с помощью специального вычислительного устрой­ства. Если поисковые сигналы генерируются самой системой уп­равления, то такая система называется экстремальной системой с автоколебательным поиском экстремума. При использовании спе­циального дополнительного источника поисковых сигналов реали­зуется система с принудительным поиском экстремума.

По количеству переменных, от которых зависит показатель ка­чества, экстремальные системы подразделяются на одномерные и многомерные, также они классифицируются по методам поиска ал­горитма нахождения экстремума (например, Гаусса-Зайделя, гра­диента, наискорейшего спуска и др.).

Примером поисковой адаптивной системы управления ЭП мо­жет служить система поиска минимального значения тока статора АД в системе ТРН-АД, при котором потери в двига­теле оказываются минимальными. Регулируемой координатой АД как объекта управления в этом случае является ток статора, управ­ляющей координатой — напряжение питания двигателя, а возмуща­ющим воздействием — момент нагрузки на валу двигателя.

Вопросы для самоконтроля

1. Как работает ЭП с программным управлением?

2.Принцип работы электроприводов с нечисловыми (цикло­выми) программными устройствами.

3. Принцип работыэлектропривода с числовым программным управлением (ЧПУ).

4.Приведите функциональную схему ЭП, реализующую программное управление, поясните, как рассчитать темп изменения задающего сигнала при пуске и торможении ЭП.

5. Какое управление ЭП называется адаптивным?

Что такое адаптивное управление двигателя

Введение. При решении задач управления синхронными приводами без датчика положения ротора встают два основных вопроса: обеспечение стабильного режима запуска синхронного двигателя с полной нагрузкой [5] и подавление автоколебаний на заданной скорости. При реализации синхронного частотного пуска по схеме с питанием ротора от звена постоянного тока инвертора тока не требуется дополнительных пусковых силовых элементов на стороне статора или ротора, изменяется только система управления ПЧ по отношению к схеме управления статическими режимами. Поэтому наряду с достоинствами синхронный частотный пуск требует усложнения системы автоматического управления. Наряду с этим возникает необходимость в косвенной оценке угла нагрузки электропривода.

Построение системы управления режимом пуска.

Проведенные ранее исследования [1, 2] показали, что устойчивый пуск синхронизированного привода можно осуществить при управлении инвертором тока по каналу релейного регулятора тока (сигналы управления формирует БЗ I, рис.1). При таком способе управления электропривод обеспечивает плавный запуск с поддержанием постоянного динамического момента, при этом сама система управления является скалярной (без датчика положения ротора и без привязки векторов формируемых токов статора к положению ротора).

Модель системы управления (рис.1) позволяет производить изменение режима работы автономного инвертора тока и управлять ключами в функции, либо по каналу релейного регулятора напряжения, либо по каналу релейного регулятора тока. При этом система управления формирует задание на амплитуду и частоту фазных напряжений или амплитуду и частоту фазных токов соответственно.

Рис.1. Функциональная схема системы управления синхронизированным электроприводом с блоком регулирования тока возбуждения и регулированием главного потокосцепления

Читать еще:  Что такое степень форсированности двигателя

Поскольку система управления скалярная, задание на частоту тока подается по заранее определенному темпу из условий обеспечения такого динамического момента, при котором ускорение двигателя не превышает предельно допустимого значения:

. (1)

Темп формируется входным задатчиком интенсивности (ЗИ) (рис. 1).

Когда работает канал релейного регулятора напряжения задание на ток формируется как выходной сигнал регулятора напряжения статора, задание на напряжение формируется блоком вычисления задания напряжения (БВЗU1) и определяется по формуле:

(2)

Разгон можно условно разделить на два этапа: разгон с регулированием напряжения статора пропорционально заданию на частоту тока статора; разгон с постоянным заданием на напряжение при достижении предела по выходному напряжению инвертора. Достижение ограничения по напряжению объясняется тем, что разгон осуществляется с заданием на потокосцепление в воздушном зазоре большего номинального значения. Это необходимо для обеспечения надежного и устойчивого процесса пуска синхронизированного электропривода.

При достижении электроприводом заданной скорости происходит снижение задания на потокосцепление до номинального значения. При неизменном задании на частоту тока статора электропривод обладает повышенной склонностью к автоколебаниям ротора, а вместе с ним и угла нагрузки . По этой причине в систему управления необходимо ввести дополнительный адаптивный контур стабилизации угла нагрузки.

Введение адаптивного регулятора угла нагрузки

Разработанная скалярная система управления обеспечивает поддержание на заданном уровне величины потокосцепления во всех режимах работы, однако, синхронный привод склонен к автоколебаниям ротора, а вместе с ним и угла нагрузки . Для гашения самопроизвольных «качаний» ротора в систему управления был добавлен контур стабилизации угла нагрузки .

Основными теоретическими положениями [3] для создания вышеупомянутого блока стали следующие:

— частота свободных колебаний угла нагрузки определяется параметрами как электрической, так и механической частей привода;

— статическая нагрузка привода определяется средней за период свободных колебаний величиной угла нагрузки ;

— для гашения свободных колебаний электропривода были использованы положения теории классической механики, согласно которым для успешного подавления колебаний управляющее воздействие должно прикладываться в фазе с колебаниями системы.

Структурная схема контура стабилизации угла нагрузки представлена на рис.2.

Рис. 2. Структурная схема контура стабилизации угла нагрузки :

– блок вычисления среднего значения угла нагрузки со временем осреднения ; – блок масштабирования отклонения мгновенного значения угла нагрузки и его перевода в управляющее воздействие на положение вектора тока статора

Величину масштабирующего коэффициента выберем, исходя из требований интенсивности стабилизации угла нагрузки. должен быть меньше единицы, иначе система станет неустойчивой, однако, чем ближе его величина к единице, тем больше быстродействие контура стабилизации угла нагрузки . Из этих соображений для каждого отдельно взятого электропривода подбирается величина коэффициента .

Постоянная времени осреднения должна быть обязательно не меньше периода свободных колебаний системы электропривода. Однако при выборе слишком большой величины этой постоянной времени это может привести к ухудшению динамических характеристик системы при изменении нагрузки на валу. Поэтому эту постоянную времени необходимо выбирать в пределах , где – период свободных колебаний разомкнутой системы электропривода.

В результате моделирования были сняты динамические характеристики наиболее важных величин, которые характеризуют работу разработанного электропривода. Динамические характеристики рис. 3 a, б были получены при пуске с Мс = Мном и J = Jдв, с системой стабилизации угла нагрузки . Также были получены динамические характеристики при отключенном блоке коррекции угла нагрузки рис. 4 а, б.

а) б)

Рис. 3. Динамические характеристики с системой стабилизации угла нагрузки

Рис. 4. Динамические характеристики без системы стабилизации угла нагрузки

Результаты. В заключение необходимо отметить, что получена система управления автоматизированным электроприводом, обладающим абсолютно жесткими механическими характеристиками, обеспечивающего надежный пуск с номинальной нагрузкой и удовлетворяющая требованиям устойчивости в статическом режиме.

Рецензенты:

Прокофьев Геннадий Иванович, д.т.н., профессор, заведующий кафедрой РАПС Санкт-Петербургского государственного электротехнического университета, г. Санкт-Петербург.

Блинов Юрий Иванович, д.т.н., профессор, заведующий кафедрой ЭТПТ Санкт-Петербургского государственного электротехнического университета, г. Санкт-Петербург.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector