Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Анализ адаптивных систем автоматического управления электроприводами вспомогательного электрооборудования автомобилей. постановка задач исследования 12
1.1. Обзор электронных систем управления 12
1.2. Принципы построения адаптивных систем автоматического управления 19
1.3. Анализ разработок адаптивных систем автоматического управления двигателем постоянного тока в приводах вспомогательного электрооборудования автомобиля 30
1.4. Цель и задачи исследования 46
Глава 2. Исследование характеристик двигателя постоянного тока с возбуждением от постоянных магнитов 48
2.1. Анализ характеристик ДПТ 48
2.2. Разработка математической модели двигателя в статическом режиме работы 54
2.3. Исследование динамических свойств ДПТ как объекта регулирования 75
2.4. Оптимизация процессов пуска двигателей постоянного тока с возбуждением от постоянных магнитов 80
2.5. Оптимизация процессов реверсирования двигателей постоянного тока свозбуждением от постоянных магнитов 87
2.6. Исследование процессов торможения двигателей постоянного тока с возбуждением от постоянных магнитов 93
2.7. Исследование возможности ускорения процесса поиска оптимального режима объекта регулирования в адаптивной системе автоматического управления 100
2.8. Выводы по главе 109
Глава 3. Разработка адаптивной системы автоматического управления электроприводами вспомогательного электрооборудования автомобилей 111
3.1. Разработка алгоритма функционирования и выбор элементной базы АСАУЭПВЭО автомобилей 111
3.2. Разработка структурной схемы и алгоритма управления адаптивной системы автоматического управления электроприводами вспомогательного электрооборудования автомобилей 116
3.3. Разработка функциональной схемы АСАУЭПВЭО автомобилей 126
3.4. Разработка принципиальной схемы АСАУЭПВЭО автомобилей 132
3.5. Разработка программного обеспечения контроллера адаптивной системы автоматического управления электроприводами вспомогательного электрооборудования автомобилей 167
3.6. Особенности функционирования АСАУЭПВЭО автомобилей в режиме регулирования параметрами сигнала управления ДПТ 175
3.7. Выводы по главе 178
Глава 4. Экспериментальные исследования адаптивной системы автоматического управления электроприводами вспомогательного электрооборудования автомобилей 180
4.1. Объект исследования и его лабораторные испытания 180
4.2. Испытательный стенд для экспериментального исследования работы адаптивной системы автоматического управления электроприводами вспомогательного электрооборудования автомобилей на ДПТ 187
4.3. Программа и методика экспериментальных исследований 190
4.4. Экспериментальное исследование статических режимов работы ДПТ с адаптивной системой автоматического управления электроприводами вспомогательного электрооборудования 194
4.5. Экспериментальные исследования динамических свойств АСАУЭПВЭО автомобилей при работе на ДПТ 203
4.6. Выводы по главе 211
Основные результаты и выводы 213
Список литературы 215
Приложения 227
- Анализ разработок адаптивных систем автоматического управления двигателем постоянного тока в приводах вспомогательного электрооборудования автомобиля
- Оптимизация процессов пуска двигателей постоянного тока с возбуждением от постоянных магнитов
- Разработка структурной схемы и алгоритма управления адаптивной системы автоматического управления электроприводами вспомогательного электрооборудования автомобилей
- Экспериментальные исследования динамических свойств АСАУЭПВЭО автомобилей при работе на ДПТ
Введение к работе
На протяжении последних лет, в мировой практике автомобилестроения большое внимание уделяется развитию автомобильного транспорта, который бы, отвечал все повышающимся, требованиям экономичности и эко-логичности автомобилей, при одновременном улучшении его потребительских свойств, за счет применения дополнительных средств, улучшающих его пассивную безопасность и комфортабельность [1]. Стремление производителей автомобилей повысить комфортабельность, сводится к перекладыванию физических усилий водителя и пассажиров на электромеханические устройства. Улучшение свойств систем отвечающих за пассивную безопасность и комфортабельность требует значительного изменения конструкции и характеристик, как приводных механизмов, так и самих систем [2]. В большинстве этих систем, на протяжении многих лет, используется электрический привод, а на вновь создаваемых устройствах, применяются исключительно электромеханические привода [3].
Как известно, вспомогательное электрооборудование автомобилей работает в сложных, подчас в экстремальных условиях, при которых обеспечение максимальной работоспособности систем становится трудновыполнимой задачей, либо, невыполнимой вовсе. Поддержание правильной работы систем, возможно только путем совершенствования систем управления и защиты, в том числе применения принципов универсализации и взаимозаменяемости узлов, частей и механизмов систем, в случае их технического обслуживания и ремонта [4].
Зарубежные специалисты (по исследованиям фирмы Robert Bosh Gmb) уверяют, что если электромеханические системы вспомогательного электрооборудования, в частности системы электростеклоподъема и электропривода люка крыши, имеют достаточные средства защиты от заклинивания и попадания в рабочую зону движения стекол инородных предметов, то это позволяет предотвратить случаи травматизма среди пассажиров взрослого
возроста и снизить случаи детского травматизма на 32%. По этим же исследованиям, поддержание постоянных скоростей работы электроприводов подъема стекла и открытия люка крыши автомобиля при переменных моментах сопротивления, позволяет повысить концентрацию внимания водителя автомобиля на дорожной обстановке на 11%.
Развитие систем управления характеризуется постоянным увеличением числа входящих в систему компонентов; усложнением законов управления частотой вращения, в зависимости от момента сопротивления, на валу ротора электродвигателя. В настоящее время широкое применение получают электропривода вспомогательного электрооборудования автомобилей с двигателями постоянного тока, с независимым возбуждением от постоянных магнитов, и электронные системы управления, построенные на базе микропроцессоров и микроЭВМ [5]. В большинстве систем используется принцип программного управления, основным недостатком которого является низкая точность воспроизведения оптимальных режимов работы двигателей. Данный недостаток связан с технологическим разбросом характеристик двигателя в процессе изготовления, а также воздействием случайных внешних факторов в условиях эксплуатации.
Высокими показателями эффективности регулирования обладают адаптивные системы автоматического управления (АСАУ), в частности системы автоматической оптимизации, которые осуществляют непрерывный поиск по заданному параметру. Наиболее развитыми в группе систем автоматической оптимизации являются системы автоматического управления электроприводами вспомогательного электрооборудования (САУЭПВЭО) с широтно-импульсной амплитудно-частотной модуляцией (ШИАЧМ) управляющего сигнала, принцип функционирования которых основан на получении информации от объекта регулирования (ОР) в виде реакции на вводимые пробные поисковые воздействия. САУЭПВЭО свободны от указанного недостатка программируемых систем, так как они осуществляют поддержа-
7 ниє, на оптимальном уровне, заданного параметра OP в соответствии с его
индивидуальными особенностями, состоянием и воздействием внешних
факторов [6].
В применении к АСАУ двигателями постоянного тока (ДПТ), создание САУЭПВЭО, сдерживается несовершенством методического и технического обеспечения разработок. Недостаточно исследована возможность и эффективность использования САУЭПВЭО для оптимизации параметров ДПТ. Уровень аппаратурной реализации и функционального построения систем не доведен до уровня развития систем с программным управлением. Недостаточно исследованы вопросы улучшения качества работы систем с инерционным ОР, в частности уменьшение времени поиска оптимального режима ОР в САУЭПВЭО дискретного типа.
Важным показателем качества регулирования, по которому можно выносить суждение о возможности применения САУЭПВЭО на объекте регулирования, является время выхода ОР в зону оптимального режима работы. Из теории автоматического управления известно, что САУ с поиском оптимального значения имеют довольно большие значения величины времени поиска наивыгодного значения параметра оптимизации ОР. Это непосредственно связано с тем, что все эти системы используют поисковые алгоритмы. Для эффективного применения САУЭПВЭО с ДПТ с возбуждением от постоянных магнитов, необходимо исследовать возможность ускорения вывода системы в зону оптимального режима работы. В условиях непрерывных изменений внешних нагрузочных характеристик, улучшение пусковых характеристик, увеличение жесткости механических характеристик считается наиболее важной задачей. Возможность применения систем автоматического управления на автомобилях с различными значениями напряжения питания в бортовой сети, в различных системах вспомогательного электрооборудования автомобиля, с двигателями различной мощности,
8 напряжением питания, назначения и характера нагрузки, обеспечивает высокую степень взаимозаменяемости и адаптации по назначению.
Поэтому в диссертации решается научно-техническая задача, призванная обеспечить высокую степень универсальности адаптивной системы автоматического управления электроприводами вспомогательного электрооборудования автомобилей, высокую степень взаимозаменяемости элементов системы, повышение технико-эксплуатационных, защитных и потребительских свойств электромеханических систем вспомогательного электрооборудования, обеспечивающих комфортабельность, активную и пассивную безопасность автомобиля, за счет улучшения свойств системы управления, при условии неопределенности значений внутренних параметров объекта управления таких как конструктивный параметр магнитной системы, сопротивление якорной цепи, индуктивность якорной цепи и момент инерции системы, внешних параметров питания системы, таких как напряжение в бортовой сети автомобиля, внешних возмущающих воздействий, таких как момент сопротивления, и параметров импульсного сигнала управления, таких как скважность, амплитуда и частота импульсов питания, влияющих на выходные параметры объекта регулирования.
Цель настоящей работы заключается в разработке и исследовании универсальной адаптивной системы автоматического управления электроприводами вспомогательного электрооборудования автомобиля с ускорением поиска оптимального режима работы двигателя и высокими показателями взаимозаменяемости элементов системы.
Научная новизна работы заключается в следующем: 1. Разработана методика совмещения детерминированных и вероятностных частей расчетных математических моделей, отличная от известных использованием вероятностной части по каждому из факторов участвующих в модели и позволяющая учитывать как технологический разброс характеристик ДПТ, так и погрешности средств измерения.
Разработан универсальный метод адаптивно-корреляционного поиска, при исследовании установившихся режимов работы сложных динамических систем, отличный от известных учетом каждого наименьшего переходного процесса динамической системы, позволяющий исследовать многоуровневые переходные процессы сложных динамических систем.
Разработаны идентификационные модели двигателя постоянного тока, при широтно-импульсной амплитудно-частотной модуляции сигнала управления, позволяющие количественно и качественно оценивать совместное влияние частот вращения, крутящего момента, величины базового напряжения питания двигателя, его конструктивных параметров магнитной системы, индуктивности цепи ротора, сопротивления цепи ротора, скважности импульсов сигнала управления, частоты импульсного сигнала управления и величины момента инерции системы на различных статических и динамических режимах работы ДПТ, что позволяет учитывать весь модельный ряд ДПТ, с возбуждением от постоянных магнитов, используемый в электроприводах вспомогательного электрооборудования автомобилей.
В работе использованы различные методы теоретических и экспериментальных исследований. Анализ ДПТ, как объекта регулирования проводился с помощью статистических методов и численных методов математического анализа, данных совокупного имитационного эксперимента, включающего в себя как детерминированную, так и вероятностную части, подтверждение которого проводилось на двух двигателях постоянного тока с возбуждением от постоянных магнитов, с различными конструкционными параметрами, внутренними и внешними характеристиками. Экспериментальные данные были получены методом активного эксперимента с использованием центрально-композиционного ротабельного планирования в близи зоны оптимума. Выбор оптимального варианта системы осуществлялся методом экспертных оценок. Минимизация принципиальной
10 схемы выполнялась с применением булевой алгебры и метода поразрядной
обработки данных. Разработка прикладного программного обеспечения системы проводилась с использованием метода декомпозиции и компиляцион-ного метода программного моделирования логических схем.
Практическая ценность диссертационной работы заключается в следующем:
Повышены технико-эксплуатационные свойства, потребительские и защитные свойства, улучшены комфортабельность систем вспомогательного электрооборудования автомобилей.
Определены граничные значения приращений показателей ДПТ, как объекта регулирования, в пределах которых целесообразно использовать управление скважностью, амплитудой и частотой по адаптивному алгоритму.
Разработаны, исследованы и внедрены принципы двунаправленной адаптации по напряжению питания, в результате чего получены показатели взаимозаменяемости элементов систем.
Рекомендованы принципы построения адаптивной системы автоматического управления электроприводами вспомогательного электрооборудования автомобилей с ускорением поиска оптимального режима работы ДПТ.
Разработана экстремальная система, обеспечивающая многомерную оптимизацию объекта управления с переменной скоростью, с двунаправленной адаптацией по напряжению питанию и удовлетворяющая противоречивым требованиям безопасности и универсальности оборудования.
Разработано прикладное программное обеспечение системы, позволяющее осуществлять регулирование базового напряжения питания, амплитуды, скважности и частоты импульсов сигнала управления, в соответствии с алгоритмом программно-адаптивного регулирования
частоты вращения и полезной мощности двигателя, а также тестировать узлы системы.
Адаптивную систему автоматического управления электроприводами вспомогательного электрооборудования автомобилей с ускорением поиска оптимального режима работы двигателя можно рекомендовать для доводки перспективных образцов двигателей постоянного тока с возбуждением от постоянных магнитов, в частности, автоматизировать получение объективных значений оптимальных частот вращения роторов двигателей, на различных режимах, а также использовать при диагностике серийных систем управления двигателями постоянного тока.
Основные результаты исследований докладывались на 7 научно-технических и научно-практических конференциях.
Основные положения диссертации опубликованы в 13 печатных работах.
Диссертация состоит из введения, четырех глав, основных результатов и выводов, списка литературы-(138 наименований) и приложений. Работа содержит 233 страницы, в том числе 174 страницы машинописного текста, 16 таблиц и 69 рисунков.
Анализ разработок адаптивных систем автоматического управления двигателем постоянного тока в приводах вспомогательного электрооборудования автомобиля
Успехи в области общей теории автоматического управления способствовали решению конкретных задач автоматического регулирования двигателей постоянного тока. Первые попытки разработки электронных адаптивных систем автоматического управления ДПТ приходятся на конец 40-х, начало 50-х годов. В это время появляются работы DraperC.S., LiY.T., ShullJ.R., SerdengectiS. [27] в которых излагаются принципы построения АСАУ, дается сравнительная: оценка систем, анализируется их поведение при наличии помех, выводятся аналитические зависимости для расчета основных параметров систем оптимизации. Одновременно в СССР В.В.Казакевич исследовал несколько вариантов решения задачи автоматической оптимизации [28,29]. Им был сделан теоретический анализ переходных процессов и выведен критерий устойчивости процессов оптимизации.
Первая практическая реализация АСАУ электродвигателей постоянного тока была осуществлена лабораторией авиационной автоматики массачу-сетского технологического института по заказу фирмы General Motors [30,31]. На кабриолете фирмы GM "Omega" опробывался электрический привод крыши автомобиля, с адаптивной системой автоматического управления с запоминанием экстремума (рис. 1.8). В качестве выходной регулируемой величины была выбрана полезная мощность, развиваемая электродвигателем, для обеспечения максимальной работоспособности системы, в случае ее включения на движущемся автомобиле. Изменение мощности производилось СОР с помощью изменения тока цепи якоря, при этом число оборотов вала двигателя поддерживался постоянным.
Входными датчиками системы служили датчик тока цепи якоря двигателя с возбуждением от постоянных магнитов и датчик угловой скорости магнитоэлектрического типа. Сигнал с датчика угловой скорости поступал на формирователь сигнала 3 и интегратор 4. Пульсирующее напряжение с выхода датчика тока подавалось через фильтр низкой частоты 5 на вход перемножителя 6, вместе с сигналом с интегратора. С перемножителя сигналов 6 сигнал поступает на элемент памяти 6 и на сравнитель 8. Разница между сигналами сравнивалась с максимально допустимым значением обратного отклонения величины полезной мощности, задаваемой задатчиком 10, на сравнителе 9 и подается на входы формирователя выходного управляющего сигнала 11. Элемент памяти был выполнен на диоде и конденсаторе с малым током утечки. Величина зоны стабилизации задавалась изменением потенциала на катоде триода. После прохождения оптимума формирователь 11 выдавал командный импульс реверса на формирователь сигнала задатчика 13 и элемент переключения 12. Командный импульс вызывал переключение триггерной схемы формирователя 11, и поляризованное реле изменяло значение сопротивления добавочных резисторов в задатчике 13. В результате этого амплитудный сигнал управления менял знак направления своего изменения. Одновременно командный импульс зажигал тиратрон элемента переключения. Отпирание тиратрона вызывало переключение реле, контакты которого, замыкаясь, разряжали конденсаторы элемента памяти и фильтра низкой частоты. Разряд этих конденсаторов необходим для того, чтобы восстановить величину индикаторного сигнала на элементе памяти до его начального уровня. В этом случае процесс поиска оптимума можно было начать сначала.
Экспериментальные исследования системы включали в себя рассмотрение: статических характеристик ДПТ, динамических характеристик ДПТ, помех высокой частоты, помех низкой частоты. Статические характеристики двигателя использовались для представления основных соотношений между входными и выходные величинами ОР, а также при проектировании задат-чика управляемого входа.
Для определения динамических свойств электродвигателя с помощью частотных характеристик проводилось изменение амплитуды управляющего сигнала напряжения в цепи якоря электродвигателя. Результаты исследований показали, что система может быть описана системой из двух дифференциальных уравнений первого порядка с постоянной времени 0,26 с. Постоянная времени входной линейной части была определена с помощью анализа переходных процессов при постоянных значениях момента инерции системы и частоты вращения ротора ДПТ. Скачкообразным возмущением служило изменение сопротивление в цепи якоря. Полученные данные показывают, что система управления сопротивлением имеет характеристики, близкие к характеристикам звена первого порядка с постоянной времени до 0,12 с.
При анализе осциллограмм тока было отмечено, что электродвигатель имел пульсирующую мощность, частота которой в два раза меньше частоты вращения ротора. В спектре сигнала кроме основной гармоники содержатся случайные помехи, которые можно разложить на гармоники с частотой 1-2 Гц. Поэтому одной из проблем создания АСАУ является создание сглаживающего фильтра для получения удовлетворительного управляющего сигнала.
Проводились также исследования системы с целью проверки ее устойчивости. Испытания включали изучение процессов в АСАУ при: изменении значения выхода от 30 до 100 % от оптимума, различных частотах вращения в пределах 900...2600 мин"1. По результатам эксперимента было отмечено, что при малых значениях выхода имело место усиление амплитуды колебаний объекта регулирования, что, в конечном счете, приводило к заклиниванию механизмов, за счет резкого изменения площади сопротивления поверхности по сравнению с изменением скорости автомобиля при разгоне. Колебания были вызваны ложными реверсами системы. С помощью форсирования скорости входа удалось уменьшить количество ложных реверсов.
Оптимизация процессов пуска двигателей постоянного тока с возбуждением от постоянных магнитов
Постоянного тока из неподвижного состояния были получены идентификационные математические модели обобщенного двигателя и различных двигателей постоянного тока, которые, после оптимизации по рабочим диапазонам изменения внешних факторов были сведены в таблицу 2.4. Рассматривая процесс пуска двигателя из неподвижного состояния, необходимо рассматривать не только время переходного процесса, а также время задержки при пуске двигателя. В общем случае это время зависит от скорости нарастания тока в цепи ротора двигателя и определяется как: В действительности, время запаздывания при пуске несколько больше, чем время определяемое выражением (2.42), это связано в первую очередь с тормозящим влиянием вихревых токов, возникающих в стали двигателя. В результате проведенных экспериментальных исследований переходных процессов в цепи якоря для обобщенного двигателя и нескольких двигателей постоянного тока, были получены идентификационные математические модели времени задержки при пуске двигателя из неподвижного состояния, представленные в таблице 2.5. Следует отметить, что модели наименее всего соответствуют реальным характеристикам двигателей, поскольку при физическом определении времени пуска двигателя автоматически накладывается ошибка и практически определяемое время можно описать выражением: Таким образом, практически момент трогания ротора двигателя можно определить только в результате появления сколь угодно малого ускорения, в связи с этим наблюдается некоторое расхождение между расчетными значениями и значениями, полученными практически. Проведя анализ процессов пуска двигателей, необходимо отметить, что двигатели имеют достаточно большое время переходного процесса, которое необходимо уменьшить, до минимального значения. В результате проведенных исследований выявлено, что единственным путем оптимизации времени процесса пуска двигателя из неподвижного состояния является разделение процесса пуска двигателя на несколько этапов, такой пуск двигателя назвали пуском двигателя комбинированным питанием или комбинированным пуском двигателя. Первым этапом процесса пуска является переходный процесс двигателя с импульсным питанием, до частоты вращения, не превышающей 20%, от частоты вращения установившегося режима работы двигателя, однако и не меньших чем 15% от нее. Поскольку необходимо исключить влияние высоких пусковых токов в электрической части двигателя. Скважность импульсов сигнала управления Q не должна превышать значения 0,6, при частоте сигнала f= 1200Гц, и 0,4 при частоте сигнала/=500Гц, при использовании схем рекуперации энергии и с амплитудой импульсов не превышающей 1,2U рабочего напряжения питания. Поскольку в противном случае при увеличении скважности увеличиваются значения пусковых токов, а при чрезмерном ее снижении ток в цепи ротора успевает упасть до нуля, при отсутствии начала движения ротора, что приводит к затяжному пуску двигателя. Вторым этапом пуска двигателя является ускоренный разгон двигателя до частоты вращения начала поиска оптимального режима работы, от начальных угловых скоростей. В процессе второго этапа пуска величина амплитуды импульсов может быть увеличена до значения 1,5 С/ рабочего напряжения питания, при скважности импульсов сигнала управления Q = 0,6...0,95 и до значения 2/при скважности импульсов сигнала управления Q = 0,3...0,55, при частотах/= 600...800Гц. В результате проведенных экспериментальных исследований и использования методов экстремально-корреляционного смещения коэффици- 89 ентов, оптимизации по рабочим диапазонам изменения внешних факторов были получены математические модели времени комбинированного пуска обобщенного двигателя постоянного тока, а при ее проверке на реальных двигателях также были получены модели данных двигателей. Математические модели времени переходного процесса при комбинированном пуске двигателей представлены в таблице 2.6. случае отрицательной угловой скорости: Анализ переходных процессов реверсирования двигателей постоянного тока с реактивным моментом нагрузки показывает, что снижение времени переходного процесса возможно только при применении комбинированного питания двигателей, причем разделение на этапы в этом случае следующее: первый этап от начальной частоты вращения, до частоты -115% от начальной частоты вращения, второй этап от -115% от начальной частоты вращения до установившегося значения частоты вращения. Скважность импульсов сигнала управления Q не должна превышать значения 0,6, при частоте сигнала/=1200Гц, и 0,4 при частоте сигнала /=500Гц, при использовании схем рекуперации энергии и с амплитудой импульсов не превышающей 1,2U рабочего напряжения питания. В процессе второго этапа реверса величина амплитуды импульсов может быть увеличена до значения 1,5(7 рабочего напряжения питания, при скважности импульсов сигнала управления Q = 0,6...0,95 и до значения 2/при скважности импульсов сигнала управления Q = 0,3...0,55, при частотах/= 600...800Гц.
Разработка структурной схемы и алгоритма управления адаптивной системы автоматического управления электроприводами вспомогательного электрооборудования автомобилей
В данном случае исходили из того, что: - требуемое для реализации алгоритма число микросхем (МС) составляет более 50; требуется запоминание значительного объема данных и большого числа логических состояний; используется алгоритм совокупных измерений; обработка результатов измерений должна выполняться автоматически; необходимо выполнение математических вычислений (линеаризация зависимости скважности, амплитуды и частоты сигнала управления, умножение, деление многоразрядных чисел); требуется самоблокировка системы и автоматическое тестирование узлов; сложность алгоритма, его разветвленность требует высокой производительности вычислений. Развитие средств микропроцессорной техники привело к тому, что применение готовых микропроцессоров и однокристальных микро-ЭВМ стало экономически выгодным в сравнении с МС средней и большой степени интеграции или с проектированием специальных логических схем [112].
При использовании микропроцессора на него возлагается задача программного моделирования аппаратных средств. Основные принципы замены аппаратных средств программными можно и изложить следующим образом: программы могут заменить аппаратные средства, если замена удовлетворяет требованиям по быстродействию и экономически выгодна; программы, заменяющие аппаратные средства, должны моделировать функции аппаратных средств (воспринимать, обрабатывать, хранить и выдавать цифровую информацию). Выбор типа процессора и сопрягаемых периферийных БИС проводился на основе анализа универсальных микропроцессорных комплектов (МПК) от ведущих производителей микропроцессорных средств [126]. При этом обращалось внимание на быстродействие МПК, стоимость и доступность БИС. На основе анализа алгоритма функционирования системы было определено, что для реализации поставленной задачи требуются средства вычислительной техники высокого быстродействия. При разработке систем, содержащих микропроцессоры, наибольшие трудности связаны с созданием программного обеспечения (ПО), осуществляющего реализацию алгоритма функционирования системы. Поэтому при выборе МПК следует отдавать предпочтение комплектам, для которых имеются наработки в ПО, обеспечивающие эффективное выполнение различных стандартных процедур и вычисление элементарных функций. Кроме того, при выборе МПК приобретает особую важность также вопрос наличия специальных средств отладки: программной и аппаратурной эмуляции однокристальной микро-ЭВМ, компиляции и отладки программного обеспечения.
Принимая во внимание вышеизложенное, в качестве базового был выбран МПК серии М16С62 фирмы Mitsubishi Electric Semiconductor Engineering corporation, выполненный по я-МДП и ТТЛШ технологии и характеризуемый архитектурным единством, которое обеспечивается автономностью и функциональной законченностью отдельных МС, их логической и электрической совместимостью, унификацией интерфейса и программируе-мостью МС. Фиксированный набор команд, большой выбор периферийных МС, высокое быстродействие (20 МГц), многоуровневая гибкая система прерываний, доступность программного обеспечения и аппаратных средств, программируемая структура служебных регистров, наличие нескольких типов энергонезависимой памяти, высочайшая степень интеграции, низкая стоимость обеспечивает МПК М16С62 широкое применение в качестве информационного ядра систем управления реального времени.
Для построения системы, содержащей микропроцессор, необходимы устройства, обеспечивающие прием, выдачу и хранение информации. Хранение информации обеспечивают полупроводниковые запоминающие устройства. Функционально они разделяются на ОЗУ, РПЗУ и «Флэш-память». Для использованной однокристальной микро-ЭВМ M30625FGLGP, производимой фирмой Matsushita Electronic Ltd. В качестве ОЗУ системы используется встроенное оперативное запоминающее устройство, обладающее высоким быстродействием и достаточно большой информационной ёмкостью 20480 байт [112]. В качестве ПЗУ была использована внутренняя репро-граммируемая память, емкостью 2048 байт, для служебного программного обеспечения, в которую запись информации и стирание проводится электрическим способом, а также дополнительная память на основе МС серии 573, емкостью 16384 байт, для хранения констант, запись в которую производится электрическим способом, а стирание ультрафиолетовым излучением [126]. В качестве памяти прикладного программного обеспечения используется внутренняя «флэш-память», емкостью 256 кбайт. Аналоговый ввод информации в систему можно осуществлять при помощи встроенного 10-ти канального 16-ти разрядного аналогово-цифрового преобразователя, а вывод - с помощью встроенного 2-х канального 16-ти разрядного цифроа-налогового преобразователя. Для усиления уровня аналоговых сигналов и их преобразования следует использовать операционные усилители и компараторы серий КР1401. С целью повышения степени помехозащищенности АСАУЭПВЭО автомобилей цепи питания блока управления и исполнительного устройства (силового каскада) не должны иметь гальванической связи. Информационную связь блока управления и силового каскада следует реализовать на быстродействующих оптопарах, например, АОД 101 [112].
Экспериментальные исследования динамических свойств АСАУЭПВЭО автомобилей при работе на ДПТ
На основе разработанной принципиальной схемы микропроцессорного контроллера АСАУЭПВЭО автомобилей создан макетный образец, который был подвергнут всесторонней проверке в лабораторных условиях, перед установкой на ДПТ.
Сформулирована программа и методика экспериментальных исследований разработанной системы в лабораторных условиях и на испытательном стенде с двигателями электропривода стеклоподъемника ЭПС-4 и DCM-50Н1-03Т.
На основе экспериментально полученных величин показателей качества регулирования в статическом режиме работы установлено, что оптимальной величиной шага поиска системы можно считать Тш= (0,03...0,05)с.
Экспериментально подтвержден теоретический вывод, что для существенного сокращения времени выхода системы на оптимальный режим необходимо уменьшить начальное отклонение выхода от точки оптимума. Наименьшее время выхода на оптимальный режим достигается, если поиск начинается в зоне докритических начальных отклонений выхода. 5. Минимальное время выхода на оптимальный режим, при хорошей устойчивости системы, было получено на скоростях изменения скважности 212 0,01...0,03, амплитуды 0,05...0,15В, частоты сигнала управления Ю...30Гц. 6. Экспериментальными исследованиями динамических свойств системы были определены значения предельных приращений входных параметров, при которых необходимо осуществлять передачу управления с адаптивного на программное регулирование параметрами сигнала управления в случае перехода двигателя на неустановившийся режим работы. 7. Сравнительными испытаниями было установлено, что контроллер АСАУЭПВЭО обеспечивает выигрыш по полезной мощности двигателя и управляемости по сравнению с серийными автоматами управления электроприводами на всех режимах работы за счет установки оптимальных значений параметров сигнала управления. Наибольший выигрыш по мощности ДПТ обеспечивается на режимах с малыми моментами сопротивления. 1. Обоснована целесообразность разработки адаптивной системы автоматического управления электроприводами вспомогательного электрооборудования автомобилей с ускорением вывода ДПТ в зону оптимального режима. 2. Разработана методика совмещения детерминированных и вероятностных частей математических моделей, отличная от известных наличием вероятностной части по каждому из факторов на уровне ±5%, участвующих в модели, и позволяющая учитывать технологический разброс характеристик ±11%. 3. Разработан универсальный метод адаптивно-корреляционного поиска установившегося значения при исследовании сложных динамических систем, позволяющий исследовать многоуровневые переходные процессы и доказана его эффективность, более 76% совпадений времени выхода и более 81% совпадений значения выхода, при исследовании двухуровнего переходного процесса в ДПТ, с двумя типами переходных процессов наименьшего уровня. 4. Разработаны идентификационные модели ДПТ при широтно-импульсной амплитудно-частотной модуляции сигнала управления, позволяющие количественно и качественно оценивать совместное влияние частот вращения (от 500 до 15000 об/мин), крутящего момента (от 0,01 до 1 Н м), величины напряжения питания двигателя (от 8 до 48 В), его конструктивных параметров магнитной системы (от 0,001 до 0,12), индуктивности цепи ротора (от 0,001 до 0,012 Гн), сопротивления цепи ротора (от 0,2 до 5,8 Ом), скважности импульсов сигнала управления (от 0,5 до 0,98), частоты импульсного сигнала управления (от 300 до 1300 Гц) и величины момента инерции системы (от 0,00002 до 0,0025 кг м ) на различных статических и динамических режимах работы ДПТ, что позволяет учитывать весь модельный ряд ДПТ используемый в электроприводах вспомогательного электрооборудования автомобилей. 214 5. Исследовано влияние скорости изменения входного воздействия и величины начального отклонения выхода АСАУ на время выхода объекта регулирования в зону оптимального режима и установлена возможность ускорения поиска оптимального режима путем уменьшения начального отклонения выхода системы от оптимума на первом этапе (от 2% до 5% от зоны оптимального режима работы ДПТ), и использования системы оптимизации с постоянной скоростью изменения входного воздействия на втором этапе управления. 6. Разработаны принципы построения системы питания с двунаправленной адаптацией к параметрам бортовой сети автомобиля (от 8 до 48 В) и к параметрам питания ДПТ (от 12 до 60 В), позволяющие обеспечивать высокую степень взаимозаменяемости элементов систем. 7. Разработана принципиальная схема системы и прикладное программное обеспечение АСАУЭПВЭО автомобилей с ускорением поиска оптимального режима работы ДПТ. 8. Оптимизированы динамические процессы пуска, реверса и торможения ДПТ, с применением поэтапного разделения процессов, что позволяет снизить пиковые значения тока в цепи якоря до 57-63% от максимальных значений при пуске ДПТ постоянным током, при увеличении времени трогания на 12% (0,013с) и увеличении времени пуска на 18% (0,17с). 9. Экспериментально подтверждена возможность создания и высокая эффективность работы АСАУЭПВЭО автомобилей с ускорением поиска оптимального режима работы ДПТ. Минимальное время выхода на оптимальный режим, при хорошей устойчивости системы, было получено на скоростях изменения скважности 0,01...0,03, амплитуды 0,05...0,15В, частоты сигнала управления 10...30Гц за время шага, при времени шага Тш= (0,03...0,05)с. 10. Эффективность использования АСАУЭПВЭО на приводе люка крыши от 2% до 37% (от 0,99 до 11,43 Вт) дополнительной полезной мощности развиваемой двигателем, при различных условиях работы электропривода.
