Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Состояние вопроса и задачи исследования ц
1.1. Пути совершенствования рабочего процесса современных дизелей, направленные на снижение токсичности ОГ И
1.2. Влияние характеристики впрыскивания на экологические показатели двигателя 17
1.2.1. Характеристики впрысков АТС, используемые
производителями ТПАв настоящее время 17
1.2.2. Влияние предварительных впрысков на экологические показатели двигателя 20
1.2.3. Влияние послевпрыска на экологические показатели двигателя 24
1.3. Анализ конструкций АТС с ЭГФ 24
1.3.1. Требования, предъявляемые к аккумулятору топлива в составе АТС 26
1.3.2. Анализ конструкций ЭГФ 27
1.3.3. Алгоритмы систем управления АТС с ЭГФ 37
1.4. Методы математического моделирования рабочих процессов автотракторных дизелей 39
1.4.1. Методы расчета впрыскивания и распыливания топлива... 39
1.4.2. Методы расчета процессов испарения, тепловыделения, образования токсичных веществ и шумообразования 46
1.4.3. Методы расчета показателей рабочего процесса цикла дизеля 56
Выводы по главе 1 и постановка задачи 58
Глава 2. Математическое моделирование рабочих процессов быстроходного четырехтактного дизеля 60
2.1. Математические модели рабочих процессов быстроходного дизеля, реализованные в едином расчетном комплексе 60
2.1.1. Метод гидродинамического расчета ТС дизеля и методы расчета распыливания топлива и развития топливных струй 61
2.1.2. Расчет испарения и выгорания распыленного топлива 55
2.1.3. Методы расчета содержания в ОГ дизеля углерода и окислов азота 71
2.1.4. Метод расчета показателей рабочего цикла дизеля 73
2.1.5. Метод расчета шума от рабочего процесса дизеля 75
2.2. Сопоставление результатов опыта и расчета 78
2.3. Расчетное исследование влияния величины подачи топлива при предварительном впрыскивании и интервала времени между предварительным и основным впрыскиванием на содержание сажи
и окислов азота в ОГ дизеля и шум от рабочего процесса 83
Выводы по главе 2 87
Глава 3. Расчетное исследование АТС с ЭГФ g9
3.1. Метод и программа гидродинамического расчета АТС с ЭГФ типа Bosch 89
3.2. Результаты расчетного исследования АТС с ЭГФ типа Bosch... 95
3.2.1. Результаты расчетного исследования влияния эффективного проходного сечения жиклера на неуправляемость процесса топливоподачи и количество топлива расходуемого на управление 95
3.2.2. Результаты расчетного исследования влияния параметров поршня ЭГФ типа Bosch на характер его движения у упора 99
3.2.3. Исследование некоторых показателей, характеризующих возможность получения малых предвпрысков 102
3.2.4. Исследование причин, вызывающих явление неуправляемости в ЭГФ 104
Выводы по главе 3 ] ] 4
Глава 4. Разработка алгоритмов и систем управления. Экспериментальное исследование АТС 116
4.1. Система управления ЭГФ и регистрации сигналов 7
4.2.Определение характеристик подачи и слива юплива электрогидравлической форсункой 127
4.2.1. Установка для определения характеристик подачи топлива электрогидравлической форсункой 127
4.2.2. Результаты испытаний по определению характеристики подачи топлива электрогидравлической форсункой 130
4.3. Определение параметров предварительных впрысков
4.3.1. Установка для регистрации параметров предварительных впрысков 133
4.3.2. Результаты испытаний на установке для регистрации параметров предварительных впрысков 137
4.3.3. Определение времени запаздывания электронной топливной системы 140
4.4. Система управления ЭГФ для моторных испытаний J43
4.5. Фоторегистрация параметров струй топлива 152
4.5.1. Усіановка для фоторегистрации параметров струй топлива J52
4.5.2. Результаты фоторегистрации параметров струй топлива... j57
4.6. Оценка погрешностей при проведении исследований на
безмоторной установке 160
Выводы по главе 4 j 52
Выводы ^54
Литература j 57
- Пути совершенствования рабочего процесса современных дизелей, направленные на снижение токсичности ОГ
- Математические модели рабочих процессов быстроходного дизеля, реализованные в едином расчетном комплексе
- Метод и программа гидродинамического расчета АТС с ЭГФ типа Bosch
- Система управления ЭГФ и регистрации сигналов
Введение к работе
ограничивающих вредное воздействие двигателей внутреннего сгорания
(ДВС) на окружающую среду, в частности планируемое введение в
Российской федерации норм токсичности EURO-3, EURO-4, а затем и EURO-
5, заставляет конструкторов искать пути решения проблемы снижения
токсичности и шумообразования автомобильных дизелей.
Для достижения высоких экологических и экономических показателей дизеля необходимо обеспечить высокое качество управления топливоподачей во всем диапазоне рабочих режимов дизеля. Нужно учитывать все большее число факторов, влияющих на работу дизеля, и иметь возможность управлять процессами ТП по более сложным законам. Возможности управления процессами ТП значительно расширяются при применении электронных средств контроля и управления и использовании ТС, обеспечивающих независимые от режима работы двигателя характеристики впрыскивания и распыливания топлива. Одной из таких систем является аккумуляторная топливная система с электрогидравлическими форсунками (АТС с ЭГФ), обладающая компактностью и удобством расположения компонентов на двигателе. Изучение и совершенствование данной системы является актуальной задачей и практически невозможно без использования математических моделей рабочих процессов ТА и дизеля, реализованных на ЭВМ.
Цель работы. Дополнение комплекса математических моделей и программ, описывающих и обслуживающих работу дизеля с аккумуляторной топливной системой типа Common Rail.
Методы исследования. Теоретические исследования проводились по методам и программам, как созданным ранее в Проблемной лаборатории транспортных двигателей (ПЛТД) МАДИ (ГТУ), так и разработанным
автором с использованием современной вычислительной техники.
Экспериментальные исследования макетного образца проводились на
безмоторном стенде HARTRIDGE 1100. Для регистрации быстропеременных
процессов в электронной системе управления и макетном образце АТС
применялись датчики давления пьезоэлектрического типа, платы аналого-
цифрового преобразователя ЛА-2МЗ, ЛА-2М5, а также цифрового
ввода/вывода ЛА-2ЦАШ5 производства ЗАО «Руднев&Шиляев»,
сопряженные с персональным компьютером типа IBM PC, осциллограф. Для фоторегистрации движения струй распыленного топлива в систему управления встраивались цифровой фотоаппарат OLYMPUS С-765 Ultra Zoom и фотовспышка ФЭ-35.
Научная новизна. Созданный ранее комплекс методов расчета показателей процесса ТП и рабочего цикла дизеля дополнен разработанной математической моделью и программой расчета АТС с ЭГФ конструкции Bosch, алгоритмом расчета ТП с предварительным впрыском и методом расчета шума от рабочего процесса дизеля. Проведенные расчетные исследования позволили установить основные причины возникновения неуправляемости АТС с ЭГФ (немонотонности зависимости цикловой подачи от времени управляющего импульса) и определить пути ее устранения.
Разработанная математическая модель и программа формирования
импульсов управления ЭГФ позволяет осуществлять четырехфазный впрыск.
Разработанная математическая модель и алгоритм управления АТС с ЭГФ
обеспечивает возможность исследования АТС с ЭГФ как в условиях
безмоторных испытаний, так в условиях стендовых моторных испытаний с
целью оптимизации параметров впрыскивания топлива на установившихся
режимах.
Практическая ценность. Пакет программ для ЭВМ, реализующий
комплекс математических моделей процессов ТП, тепловыделения, выбросов
сажи и NOx, показателей рабочего цикла дизеля и шумообразования, позволяет быстро и качественно решать задачи по разработке и оптимизации ТС современных дизелей, включая АТС типа Common Rail. Разработанные макетные образцы систем управления для стендовых и моторных испытаний АТС с двумя типами ЭГФ могут быть использованы в учебном процессе и в научно-исследовательских работах.
Предложена и реализована конструкция устройства для регистрации параметров впрыскивания АТС с ЭГФ, в которой учтены недостатки приборов прежней конструкции, позволяет регистрировать предвпрыски и интервалы между предвпрысками и основным впрыском. Получены данные по сравнительному анализу АТС с ЭГФ Bosch и Delphi. Разработано устройство, которое совместно с электронной системой управления, обеспечивает достаточно точную регистрацию струй распыленного топлива, подаваемого ЭГФ.
На основании результатов расчетного исследования процессов ТП, тепловыделения и показателей рабочего цикла установлена связь между конструктивными и регулировочными параметрами АТС с ЭГФ и показателями рабочего цикла дизеля. В результате расчетного исследования гидравлических процессов, протекающих в АТС с ЭГФ конструкции Bosch, были установлены три причины неуправляемости процесса топливоподачи (вызываемые наличием или отсутствием касания клапаном упора, наличием или отсутствием касания иглой упора, либо волновыми явлениями в топливопроводе) и определены пути их устранения.
Реализация работы. Метод и программа гидродинамического расчета АТС с ЭГФ внедрены в НАМИ и РУДН. Пакет программ расчета процессов ТП, тепловыделения и показателей рабочего цикла дизеля используется в учебном процессе специальности «Двигатели внутреннего сгорания» МАДИ (ГТУ). Макетный образец системы управления для
стендовых и моторных испытаний АТС с ЭГФ, а также устройство для регистрации параметров впрыскивания используется в учебном процессе и в работах Проблемной лаборатории транспортных двигателей МАДИ (ГТУ). Основные положения, выносимые на защиту
Дополнение комплекса математических методов и программ расчета процессов ТП, расчета токсических показателей и показателей рабочего цикла дизеля, разработанной математической моделью и программой расчета АТС с ЭГФ конструкции Bosch, алгоритмом расчета ТП с предварительным впрыском и методом расчета шума от рабочего процесса дизеля.
Сопоставление результатов опыга и расчета для проверки адекватности метода гидродинамического расчета АТС с ЭГФ конструкции Bosch, а также результаты расчетного параметрического исследования АТС с ЭГФ конструкции Bosch.
Математические модели, алгоритмы и программы управления АТС с ЭГФ при безмоторных и моторных испытаниях.
Устройство для регистрации параметров впрыскивания в АТС с ЭГФ, позволяющее регистрировать предвпрыски и интервалы между предвпрысками и основным впрыском.
Результаты безмоторных экспериментальных исследований разработанной системы управления и макетного образца АТС с ЭГФ, включающие также сравнительные исследования ЭГФ фирм Bosch и Delphi и регистрацию движения струй распыленного топлива. Личный вклад автора
На основе технической и патентной литературы проведен анализ работ, посвященных методам математического моделирования процессов, происходящих в ТС и цилиндре дизеля, основных направлений
совершенствования рабочего процесса и способов уменьшения выбросов отработавших газов, а также работ по алгоритмам управления АТС с ЭГФ.
Дополнен комплекс математических моделей и программ, описывающих рабочие процессы дизеля, оснащенного АТС с ЭГФ.
Создана и реализована в виде программного продукта математическая модель АТС с ЭГФ конструкции Bosch. Проведено сопоставление опытных и расчетных данных для проверки адекватности математической модели и расчетные параметрические исследования АТС с ЭГФ типа Bosch.
Созданы математические модели и программы управления АТС с ЭГФ для безмоторных и моторных испытаний, а также для решения возможных других задач. Проведены экспериментальные безмоторные исследования разработанной автором системы управления и макетного образца АТС с ЭГФ.
Разработано устройство для регистрации параметров впрыскивания АТС с ЭГФ.
Разработана установка для регистрации и исследовано движение струй топлива, подаваемого ЭГФ.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы доложены на научно-технических конференциях: в МАДИ (ГТУ) (2003г.), в ВлГУ (2003г.), в МГТУ (2006г.), в НАМИ (2006г.) и заслужили положительные оценки.
Публикации. Материалы исследований опубликованы в 7-ми статьях и докладах.
Объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, выводов, содержит 182 страницы, 62 рисунка, 8 фотографий, 15 таблиц. Библиография включает 123 наименования.
Пути совершенствования рабочего процесса современных дизелей, направленные на снижение токсичности ОГ
Основными токсичными веществами, выбрасываемыми дизельными двигателями, являются частицы (в частности сажа), окислы азота (NOx), монооксид углерода (СО), углеводороды (СН), оксиды серы. Из них в настоящее время нормируются дымность ОГ, выбросы частиц, NOx, СО, СН В таблице 1.1 представлено изменение норм предельно допустимых выбросов вредных веществ грузовыми автомобилями и автобусами с дизелями в Европе за последние 10 лет [57,59,74].
Исходя из данных таблицы 1.1 видно, что примерно за 10 лет требования по выбросам окислов азота ужесточились почти в 3 раза, а по выбросам сажи и частиц примерно в 4 раза. Дизели, которые проектируются сегодня, должны удовлетворять как ныне действующим, так и перспективным нормам токсичности при минимально возможном удельном расходе топлива.
Высокие экономические и экологические показатели современных дизельных двигателей не могут быть достигнуты без совершенствования параметров и конструкции топливной системы. Выбор топливной системы связан с подбором необходимого типа камеры сгорания (КС) и рабочего процесса, места расположения топливной системы и с величинами пиковых моментов в приводе топливной системы. Параметры впрыскивания и распыливания при определенном типе КС и способе смесеобразования должны обеспечивать оптимальный закон тепловыделения и, как следствие, высокие экологические и экономические показатели двигателя.
Анализ развития дизельных двигателей за последние годы показывает, что высокие мощностные, экологические и экономические показатели дизеля достигаются при использовании неразделенных камер сгорания, объемного смесеобразования, осесимметричного расположения форсунки и высокого наддува [23,25].
Все способы снижения токсичности ОГ дизелей разделить на три основные группы : к первой относятся все мероприятия, конечной целью которых является организация такого рабочего процесса, в результате которого образуется минимальное количество вредных веществ, ко второй относятся все мероприятия, направленные на нейтрализацию и очистку отработавших газов от вредных веществ, образовавшихся в результате рабочего процесса (см., например [3,57,64,70,72,93,116,117]), к третьей группе относятся мероприятия по повышению качества традиционных и использованию альтернативных топлив (см., например [46,47,58,100,105]).
Кратко рассмотрим мероприятия первой группы. При организации требуемых процессов сгорания и смесеобразования в дизеле требуется учитывать большое число параметров, влияющих на этот процесс. Прежде всего следует совершенствовать конструкцию двигателя (конфигурацию камеры сгорания, степень сжатия, движение воздушного заряда, применение регулируемого наддува).
Применение турбонагнетателя с промежуточным охлаждением наддувочного воздуха обязательно для повышения эффективных показателей двигателя и снижения вредных выбросов с ОГ, сопровождается активным увеличением плотности теплового потока при излучении в объеме камеры сгорания. Наддув способствует как ускорению процессов смесеобразования (вследствие поглощения частицами топлива энергии лучистого теплового потока и увеличение скорости их испарения), так и сокращению продолжительности сгорания топлива [10]. Высокая интенсивность сгорания способствует более полному выгоранию монооксида углерода, а так же углеводородов и сажи в момент их образования.
Важным параметром, влияющим на качество рабочего процесса дизеля, является скорое іь движения воздушного заряда в камере сгорания. Чрезмерно низкая или высокая скорость движения воздушного заряда приводит к ухудшению качества смесеобразования и сгорание топлива. При чрезмерно низкой скорости уменьшается степень использования воздуха в процессе сгорания, а при высокой- возможно попадание топлива на завершающих стадиях впрыскивания в зоны горения с высокой температурой и низким содержанием кислорода. В обоих случаях в ОГ дизеля будет наблюдаться увеличение содержание продуктов неполного сгорания топлива. Современные дизели с объемным осесимметричным смесеобразованием используют различные виды оптимизации интенсивности вихревого движения заряда.
Эффективным средством улучшения показателей рабочего процесса дизеля является увеличение давления впрыскивания [12,59,77,99,112]. В результате чего улучшается качество распыливания топлива, за счет чего ускоряется его выгорания в диффузионной фазе процесса. Давление впрыскивания существенно зависит от режима работы двигателя, его нагрузки, давления наддува, вихреобразования и должно быть оптимизировано в зависимости от этих факторов.
Математические модели рабочих процессов быстроходного дизеля, реализованные в едином расчетном комплексе
Клапана выполнен в виде единого блока, что, уменьшает площадь сечения магнитопровода, а, следовательно, уменьшает силовую характеристику электромагнита. Одними из основных направлений совершенствования ЭГФ являются использование обратных связей [79,80,83] и разгрузка клапанов от сил давления. Данные мероприятия позволяют снизить расход топлива на управление в 10... 12 раз и повысить быстродействие системы в 2...3 раза.
Способ осуществления принципа обратных связей представлен в работах Коломенского ВЗПИ и фирмы Bosch [79,80,83]. Для осуществления принципа предлагается снижать «паразитные» расходы топлива путем перекрытия сливных каналов устройством, связанным с иглой форсунки. Побочным эффектом такого устройства является обеспечение высокого быстродействия закрытия иглы форсунки. По данной схеме выполнена ЭГФ фирмы Bosch (рис. 1.6) [97]. Фирма Bosch планирует выпустить к 2007 году электрогидравлическую форсунку 4-го поколения, называемую "Вариофорсунка" ("Varioduese"). Основным отличием которой является распылитель с двумя рядами отверстий. Первый ряд отверстий имеет малый диаметр отверстий и применяется при работе на холостом ходу или в диапазоне частичных нагрузок. Второй ряд имеет отверстия с большими диаметрами и применяется на режимах полной и близкой к ней нагрузке при этом давление впрыска будет составлять более 200 МПа [119].
В форсунке фирмы L Orange для дизеля MTU применена оригинальная конструкция, в которой по сравнению с конструкцией фирмы Bosch добавлен промежуточный управляющий золотник с промежуточным клапаном [87]. Клапан золотника при закрытии электромагнита управляющего клапана форсунки кратковременно открывает дополнительные каналы, подводящие топливо к торцу штанги, обеспечивая более быстрое закрытие иглы распылителя. В результате применения такой схемы, уменьшается расход топлива на управление и увеличивается быстродействие ЭГФ.
В форсунках фирм Nippon Denso и Societe BUDI [89,112] применен гидравлически разгруженный двухзатворный клапан. Это позволяет снизить количество топлива на управление (у форсунки вообще не имеется расхода топлива на управление, но из-за особенностей конструкции ее нельзя применять на быстроходном дизеле).
Форсунка фирмы Delphi (рис. 1.7) [94,95] отличается от форсунок других фирм (таких как Bosch, Siemens и др.) по принципиальной схеме и конструктивному исполнению управляющего клапана и приводу иглы распылителя. ЭГФ работает следующим образом: когда игла форсунки 8 закрыта, давление, приложенное на верхнюю и нижнюю части иглы равны. Слабая пружина 10 помогает поддерживать иглу в закрытом положении. Когда на электромагнит 4 подается напряжение, управляющий клапан 6 поднимается и топливо из управляющей камеры 9 поступает в линию слива. Однозатворный управляющий клапан выполнен с конический затвором и сопряжен с поршеньком, разгружающим клапан от осевых сил, создаваемых давлением топлива. Этим снижается необходимая сила пружины, запирающей управляющий клапан, и необходимая сила электрического привода. Это уменьшает габариты и инерцию управляющего клапана и, что особенно важно для оптимизации консіруктивного исполнения электрогидравлической форсунки, допускает большую свободу выбора места установки управляющего клапана.
Давление над иглой падает, пока не создастся сила, достаточная для подъема иглы. Когда иглу требуется закрыть, снимается напряжение с электромагнита, закрывается управляющий клапан и давление сверху иглы становится равным давлению в аккумуляторе. Перепускной дроссель в управляющей камере 7 обеспечивает достаточный рост давления (силы действующей на иглу)для быстрой посадки иглы. Баланс между отверстиями определяет скорость открытия и закрытия иглы.
Отсутствие приводного поршня с прецизионным сопряжением с корпусом электрогидравлической форсунки, упрощает и удешевляет форсунку, а также позволяет несколько уменьшить ее радиальный и осевой размеры.
Дополнительным преимуществом электрогидравлических форсунок фирмы Delphi является выполнение подвода топлива в карман распылителя в виде спиральных каналов на направляющей части иглы для снижения силы трения. Асимметричное и приближенное к игле расположение управляющего клапана уменьшает габариты форсунки и облегчает ее размещение в головке цилиндра.
Как показали проведенные сравнительные исследования [94,95], снижение давления впрыскивания за счет дросселя не превышает 10 %. Однако, при этом максимально достижимый гидравлический к.п.д. электрогидравлической форсунки с дроссельным приводом оказывается выше на 10 %, чем при поршневом приводе. Кроме того, применение приводного поршня увеличивает массу подвижных деталей и потери на трение в приводе иглы в 1,5...2 раза. Объем активной части электрогидравлической форсунки увеличен в 1,5 - 2 раза, а объем управляющей камеры больше на 20 %, что снижает быстродействие электрогидравлической форсунки и увеличивает потери на управление [94,95].
Метод и программа гидродинамического расчета АТС с ЭГФ типа Bosch
В качестве объекта расчетного исследования была выбрана АТС с ЭГФ типа Bosch. Метод расчета основан на общепринятых допущениях: процессы в топливной системе ( ТС ) изотермические, плотность юплива и скорость звука постоянны, движение топлива в топливопроводе принимается одномерным, пренебрегаем утечками в прецизионных соединениях поршня и клапана, не учитываем трение движущихся частей, пренебрегаем сжимаемостью объема V u, (между конусом иглы и распыливающими отверстиями) и т. д. Давление топлива в аккумуляторе Р а принимается постоянным и равным остаточному давлению в топливопроводе.
На рис. 3.1 приведена расчетная схема аккумуляторной топливной системы (АТС) с электрогидравлической форсункой (ЭГФ) типа Bosch. На схеме ЭГФ показана перед началом впрыскивания топлива. Клапан ЭГФ находится в нижнем положении, пружина клапана прижимает его к нижнему упору. Давление топлива над иглой (точнее над поршнем) Ри равно давлению в аккумуляторе Ра. Кроме давления Ри, иглу в нижнем положении удерживает пружина иглы. После подачи управляющего импульса на электромагнит (ЭМ), сила ЭМ начинает возрастать, и преодолев силу затяжки пружины клапана, клапан пойдет вверх и установится на верхний упор.
Надпоршневая полость соединится со сливом, и Ри резко упадет. Игла поднимется и начнется впрыскивание топлива. После окончания управляющего импульса пружина электромагнита опустит клапан в нижнее исходное положение, игла опустится и впрыскивание топлива закончится.
Здесь: fm - площадь топливопровода; с - скорость топлива в выходном сечении топливопровода; ссф- коэффициент сжимаемости топлива в объеме форсунки Уф\ си,у - скорость и ход иглы; fu,f и - площадь иглы и характерная площадь иглы, ограниченная запорным конусом; fK -площадь сечения компенсатора между якорем ЭМ и иглой распылителя, соответствующая диаметру компенсатора dK\ j, - логическая ступенчатая функция; Ми - масса иглы и движущейся с ней частей; Рфо - давление начала подъема иглы форсунки; 8 - жесткость пружины иглы форсунки; Рф - давление в каналах форсунки; р Ф - давление перед распыливающими отверстиями, z х утечки через зазоры игла - корпус распылителя; f nop, f nop - площади, соответствующие диаметрам dnoP,dnoP регулирующего элемента РЭ; р и, Vu - давление в гидрозапорной камере и ее объем; Яф и Я ж - расходы топлива через выходные сечения распылителя и через жиклер, рассчитываются по формулам: где \М/)ф- суммарное эффективное проходное сечение распылителя, Рц- давление в цилиндре; сг 0 = +1,если ф — и и сг 0 = -1,если РФ Ри; /У ж - эффективное проходное сечение жиклера; ступенчатая функция о, = 0 , если игла находится на седле (или на верхнем упоре) и равнодействущая всех сил, действующих на иглу, прижимает ее к седлу (или к упору). Во всех остальных случаях сг, = 1 .
Уравнения 3.1, 3.2 и 3.3 являются уравнениями объемных балансов в полостях Уф- У и и уф "и). Остальные четыре уравнения (3.4, 3.5, 3.6 и 3.7) являются уравнениями динамического равновесия клапана и движущихся с ним частей, иглы и движущихся с ней частей.
Замыкают систему волновые уравнения 3.8 и 3.9 и уравнение для расчета давления впрыскивания 3.10.
Система управления ЭГФ и регистрации сигналов
Схема системы управления представлена на рис.4.1. Конструктивно система состоит из цифровой части I и силовой части II (блока силовых ключей). Цифровая часть включает в себя ЭВМ типа IBM PC/AT и плату цифрового ввода/вывода ЛА-2ЦАШ5 производства ЗАО "Руднев&Шиляев", сопряженную с ЭВМ посредством шины ISA-16. Математическая модель и алгоритм управления реализованы в виде программы для ЭВМ на языке Borland C++Builder 5.
Программа генерирует управляющие прямоугольные импульсы заданной продолжительности, последовательности и частоты (интерфейс программы представлен на рис.4.2,а). За один цикл возможно подавать 4 сигнала. Сигнал состоит из двух составляющих: форсирующей и удерживающей (форсирующая составляющая сигнала выводится на 0 канал платы, а удерживающая - на 1 канал) для 1, 2 и 4 импульсов. Для 3 импульса имеется возможность использования импульса размагничивания (размагничивающая составляющая выводится на 1 канал ЦАП). На рис. 4.2,6 показаны пачки удерживающих импульсов.
Изменение временных параметров и амплитуд управляющих сигналов осуществляется программно (значения параметров представлены в таблице 4.1).
Программа предусматривает возможность непрерьівної о вырабатывания сигналов, а также режим счетчика с задаваемым количеством циклов от 1 до 500. Алгоритм программы представлен на рис.4.3.
Соответствующий вырабатываемому сигналу цифровой код записывается в рабочие регистры платы ЛА-2ЦАП15, которая включает в себя двухканальный 12-ти разрядный цифроаналоговый преобразователь (ЦАП). При помощи ЦАП происходит преобразования цифрового кода в соответствующее ему аналоговое напряжение. Плата ЛА-2ЦАП15 содержит следующие независимые узлы: аналогово-цифровой канал (АЦК), трехканальный счетчик/таймер, цифровой порт ввода/вывода и интерфейс ввода/вывода для IBM PC.
АЦК платы ЛА-2ЦАП15 состоит из двух каналов 12 разрядных цифроаналоговых преобразователей с умощненным выходом по напряжению (минимальное сопротивление нагрузки - 200 Ом).
Запуск ЦАП может быть программный, or таймера или от внешнего сигнала. Выходной диапазон ЦАП - ±10В или ±5В - для двуполярного режима и О-10В - для однополярного режима. АЦК платы ЛА-2ЦАП15 имеет гальваническую развязку (до 400 В) от компьютера по цифровому интерфейсу связи IBM PC с ЦАП.
Трехканальный счетчик/таймер реализован на микросхеме Intel Р82С54. На вход нулевою канала таймера всегда подана частота с высокостабильного кварцевого генератора 10 МГц.
Для синхронизации 0 и 1 канала в плате ЛА-2ЦАП15 были сделаны следующие изменения: На коммутационном поле SA2 (поле выбора режима запуска каналов ЦАП и режимов работы таймера платы) замкнуты между собой выводы управления каналов счетчиков/таймеров G1 и G2 Выход РАО (порт вывода, цифровой выход) цифрового разъема ХР1 соединен выводом G1 коммутационного поля SA2.
Сигналы, вырабатываемые ЦАП затем усиливаются в блоке силовых ключей (БСК) [41,44,65,73] и поступают на обмотку электромагнита ЭГФ. При этом амплитуда форсирующей составляющей Ф определяется напряжением питания БСК (UmiT= 12...80 В), а амплитуда удерживающей составляющей У зависит от скважности импульсов в пачке удержания. Технические характеристики блока силовых ключей представлены в табл. 4.3. Схема БСК изображена на рис 4.4.
Силовые ключи выполнены на транзисторах типа КТ825 и КТ827. При подаче на управляющий вход (например, "Форс ЭМ") открывающего ключ управляющего сигнала, транзистор VT1 открывается и на коллекторе устанавливается напряжение равное напряжению питания. Это напряжение через делитель, составленный из резисторов R5, R6 поступает на базу транзистора VT4 и открывает его, при этом на коллекторе VT4 устанавливается напряжение равное нулю (напряжения измеряют относительно минуса источника питания). Таким образом, на контактах 1, 2 разъема ХЗ устанавливается напряжение равное напряжении питания, а на контактах 3, 4 разъема ХЗ - напряжение равное нулю.
При подаче на управляющий вход «Разм ЭМ» открывающего сигнала ключи работают аналогично первому случаю, при этом на контактах 3, 4 разъема ХЗ устанавливается напряжение равное напряжению питания, а на контактах 1,2 разъема ХЗ - напряжение равное нулю. Для обработки получаемых данных использовалась программа Ladsk.exe, поставляемая вместе с платой ЛА-2МЗ производства ЗАО «Руднев&Шиляев».
