Pikap24.ru

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

Что такое адаптивное управление двигателя

Экспериментальная адаптивная система управления на основе микропроцессора

Введение

Процедура проектирования для оптимального положения системы контроля хорошо задокументирована для случаев в котором известны параметры установки, известные как константы, и результирующая система является временно инвариантной. Такие системы имеют очень предсказуемые эксплуатационные характеристики, которые устанавливаются как теоретически, так и экспериментально на протяжении многих лет.

Один недостаток такого типа системы дизайн очень очевидный в любом приложении в котором параметры установки или нагрузочные характеристики могут меняться в зависимости от чувствительности к окружающей среде, износу компонентов или изменений нагрузки в течении работы. Поскольку оптимальность существует только для постоянных значений постоянных параметров предполагаемый в первоначальной конструкции контроллера, любые изменения или неопределенность в этих значениях параметров обычно приводит к потере оптимальной производительности системы.

Более широкий класс управления положением, проблемы могут быть решены с помощью метода самообучения контроллера, который может компенсировать изменения параметров или неопределенности в установке, таким образом постоянно действовать, чтобы поддерживать оптимальную производительность системы.

В настоящее время проводится большое количество исследований в области контроля микропроцессорами промышленных систем. В частности, приложения, требующие адаптивного управления, стратегии набирают популярность как темы для этой области исследований. Чтобы точно оценить возможности и ограничения конкретных адаптивных конструкций контроллера, необходимо создать рабочую систему, которую можно детально изучать в лаборатории.

Концепция адаптивного управления

Адаптивное управление моделью (MRAC) была выбрана в качестве основы для адаптивного дизайна контроллера в этом проекте, потому что он позволяет точно определить желаемый оптимальный динамический отклик системы в виде линейной эталонной модели. Эта эталонная модель является частью общей системы MRAC, работающая параллельно с контролируемой установки в условиях реального времени.

Основная концепция системы MRAC, применяемая к этой проблеме управления положением двигателя постоянного тока, иллюстрируется блок-схемой Pисунок 1. Функции адаптивного механизма путем гашения в регулируемом контроллере, делает комбинированный контроллер и установку динамическими, сопоставляя с динамикой линейной эталонной модели. Во время работы адаптивный механизм (адаптивный управляющий закон) постоянно действует, чтобы управлять ошибкой состояния e до нуля.

Рисунок 1 – Адаптивное управление эталонными образцами, применяемое для управления ошибками по положению двигателя постоянного тока

Вывод закона об адаптивном управлении основанный на устойчивости Ляпунова. Результирующая непрерывная адаптивная конструкция контроллера была преобразована в дискретно-временную форму для прямой реализации на микропроцессорном контроллере. Полное адаптивное положение дискретизированных данных, модель системы управления показана на Pисунке 2.

Рисунок 2 – Полная модель адаптивной системы управления положением

Адаптивная компенсация изменений инерции нагрузки достигается посредством регулируемого усиления g. Адаптивные контрольные коэффициенты dl и d2 определяют время реакции адаптации системы.

Микропроцессорный контроллер

Чтобы реально оценить производительность системы адаптивного управления, был разработан фактический цифровой контроллер, встроенный для управления двигателем постоянного тока в режиме реального времени. Полученный микропроцессор основан на цифровом контроллере – выполненный в одноплатном дизайне, включающий в себя все аппаратное и программное обеспечение необходимое для выполнения операций выборки, преобразований A/D и D/A, а также арифметические операции алгоритма контроллера показанный на Pисунке 2.

Одноплатный контроллер предназначенный для этого приложения, использует микропроцессор INS8073 от National Semiconductor и обеспечивает 8 Кбайт оперативной памяти для операционной системы и переменное хранилище. 10-битный AID-конвертер и четыре мультиплексированных аналоговых входа обеспечивающие выборку положения, скорости и различные входные сигналы. Положение определяется потенциометром, преобразователь скорости представляет собой аналоговый тахометр. Один из двух 10-разрядных D/A преобразователей используются для обеспечения выходного аналогового сигнала контроллера на амплитуду усилителя мощности, который управляет двигателем постоянного тока.

8-разрядный усилитель D/A используется в адаптивной петле для компенсации трения. INS8073 имеет внутренний интерпретатор BASIC и последовательный порт YO, который обеспечивает простой пользовательский интерфейс для ввода или изменения управляющего параметра со стандартного терминала.

Написано программное обеспечение пользовательского интерфейса в BASIC и алгоритм адаптивного контроллера написанное на ассемблере с плавающей запятой. Существуют положения для мониторинга в реальном времени любого внутреннего контроллера используя запасной 10-разрядный ЦАП.

Читать еще:  Skoda fabia троит двигатель

Принцип работы

Адаптивной подвеской называют такой тип подвески, которая автоматически изменяет свои характеристики (адаптируется) во время движения. Сразу отметим, что активная подвеска – это общее определение, а адаптивная система подрессоривания является ее разновидностью.

Общий вид адаптивной подвески

Для успешной работы системе необходимо собрать информацию о текущих условиях движения автомобиля – этим занимаются различные датчики и сенсоры. В анализируемую информацию входят тип дорожной поверхности, положение кузова, параметры движения, стиль управления автомобилем и другие данные (зависит от разновидности адаптивного шасси). Далее в работу вступает электронный блок управления, который за доли секунды анализирует данные, полученные от датчиков, и отправляет управляющие сигналы на исполнительные устройства – активные стойки амортизаторов и стабилизаторы поперечной устойчивости. В результате механизм мгновенно подстраивается под конкретные условия.

В случае получения команды от блока ручного управления подвеской система подрессоривания начнет адаптироваться под выбранный водителем режим. Обычно используется три режима работы подвески: нормальный, комфортный и спортивный.

Преимущества

Сокращение времени резанияOMATIVE ACM сокращает время резания, увеличивая подачу, при этом поддерживая допустимую максимальную нагрузку на шпиндель для данного режущего инструмента и материала заготовки.
Защита инструментаКогда происходит перегрузка, OMATIVE ACM уменьшает подачу до приемлемого уровня. Этот уровень автоматически определен его внутренней экспертной системой. Когда условия разрешают, OMATIVE ACM снова увеличивает подачу. Для активизации защиты инструмента вмешательство оператора не требуется.
Обнаружение поломки инструментаOMATIVE ACM учится обнаруживать поломку инструмента во время обработки одной заготовки. В случае поломки инструмента в течение обработки последующих заготовок, OMATIVE ACM реагирует немедленно, останавливая станок.
Обнаружение перегрузки инструментаOMATIVE ACM обнаруживает ситуацию перегрузки инструмента всякий раз, когда нагрузка приближается к допустимому для данного инструмента пределу. OMATIVE ACM реагирует немедленно, или в конце операции, в зависимости от параметров настройки.
Обнаружение перегрузки шпинделяOMATIVE ACM обнаруживает ситуацию перегрузки двигателя шпинделя всякий раз, когда фактическая мощность на двигателе больше, чем номинальная мощность, определенная для двигателя шпинделя станка. OMATIVE ACM реагирует немедленно, останавливая станок.
Мониторинг состояния инструментаКогда мониторинг состояния инструмента активизирован, OMATIVE ACM показывает износ инструмента на экранах статистики. Когда износ инструмента превышает 100 %, OMATIVE ACM останавливает станок.
Мониторинг мощности шпинделяOMATIVE ACM непрерывно показывает текущий уровень мощности шпинделя. Уровень мощности выражен как процент от номинальной мощности шпинделя.

На какие авто ставятся

Одной из первых компаний, применивших адаптивную подвеску, стала Citroen с её знаменитой системой Hydractiv. Это многорежимная гидропневматика, подстраивающаяся под разные режимы движения. Но функции электроники были задействованы слабо в силу недостаточного её развития в начале второй половины 20 века.

Куда более мощной системой стала подвеска Adaptive Drive от BMW. По высокоскоростной шине данных с применением сервоприводов эта конструкция мгновенно реагирует на ситуацию, меняя характеристики амортизаторов и стабилизаторов. К

омпенсируются крены, раскачивания кузова, сокращается тормозной путь. Автомобили приобретают спортивный характер, сохраняя комфортабельность в обычных условиях.

Примерно так же работает система Аdaptive Chassis Control от VAG. Причём на более премиальных машинах Audi используется принцип применения магниторезистивной жидкости в амортизаторах.

В качестве опций адаптивные подвески сейчас доступны почти у всех производителей, включая относительно недорогие модели из Кореи и Японии.

Элементы системы адаптивной подвески

Электронный блок управления

Ядром системы является электронный блок управления, который напрямую воздействует на настройки шасси, основываясь на показателях датчиков и сенсоров о текущих условиях движения авто и стиле вождения. Микропроцессорный модуль анализирует все показатели и передает управляющие импульсы системе подрессоривания, которая подстраивает амортизаторные стойки, стабилизаторы и прочие элементы подвески под конкретные условия.

Регулируемые стойки амортизаторов

Само шасси имеет обновленную конструкцию. Благодаря использованию на автомобилях подвески на стойках «Мак-Ферсон» появилась возможность передачи нагрузки по отдельности к каждому амортизатору. К тому же пятна креплений, выполненные из сплавов с применением алюминия, позволяют значительно уменьшить степень шума и вибрации в салоне во время движения.

Читать еще:  Ваз неисправность плавают обороты двигателя

Регулировка амортизаторов осуществляется одним из двух способов:

  • путем использования электромагнитных клапанов;
  • с применением магнитно-реологической жидкости.

Самый распространенный вариант – применение регулировочных клапанов электромагнитного типа. Такие механизмы подвески используют такие производители автомобилей как: Opel, Volkswagen, Toyota, Mercedes-Benz, BMW. Под воздействием тока меняется сечение клапана, а, значит, и жесткость амортизатора. С уменьшением силы электротока сечение увеличивается, смягчая подвеску. А при увеличении силы тока сечение уменьшается, что увеличивает степень жесткости подвески.

Адаптивные шасси с жидкостью магнитно-реологического типа устанавливают на свои авто Audi, Cadillac и Chevrolet. В состав такой рабочей жидкости входят частички металла, которые реагируют на магнитное поле и выстраиваются вдоль его линий. В поршне амортизатора есть канальцы, через которые проходит эта жидкость. Под воздействием магнитного поля частички увеличивают сопротивление движению жидкости, что увеличивает жесткость подвески. Такая конструкция является более сложной.

Так что же выбрать?

Редкий паритет — в ценах: у обеих моделей они укладываются в диапазон от 1,6–1,65 млн рублей до 2,2–2,35 млн. Но концепции разные. У Кашкая в «базе» стоит турбомотор 1.2 на 115 сил, а роль топового и единственного доступного с полным приводом играет безнаддувный 2.0 отдачей 144 «лошади».

Taos в недорогом исполнении — это двигатель 1.6 MPI мощностью 110 л.с., подороже — агрегат 1.4 TSI на 150 сил (он же предлагается и с полным приводом).

Тем, кто часто съезжает с асфальта, стоит присмотреться к Nissan Qashqai. Если же нужна динамика и мощность на городской трассе — обратите внимание на VW Taos.

Но восьмилетняя модель Ниссана не выглядит бледно на фоне свежего Фольксвагена. Более того, как показал наш тест, «японец» по некоторым критериям выглядит предпочтительнее. Недаром он, несмотря на модельный возраст, до сих пор пользуется спросом. А вот юному Таосу признание еще надо заслужить.

  • Что новый VW Taos взял (и что не взял) у кроссовера Skoda Karoq, узнайте тут.
  • «За рулем» теперь можно читать в Facebook.

Энергоэффективность управления различными типами двигателей одним контроллером

Если устройство подходит для работы с распространенными типами двигателей, возникает вопрос — целесообразнее использовать один гибкий алгоритм или же несколько более детализированных для применения отдельных типов двигателей?

Специалисты компании Danfoss убеждены в эффективности использования одного гибкого алгоритма. Устройства компании Danfoss функционируют благодаря одному модульному, практически не зависимому от параметров алгоритму, согласно которому отдельные элементы используются в зависимости от выбора типа двигателя. Так, новый преобразователь частоты VLT® AutomationDrive FC 302 имеет модульное программное обеспечение управления, которое всегда рассчитывает оптимальную подачу питания на двигатель для эффективной работы и наилучшего намагничивания. Преобразователь частоты также регулирует любые резкие изменения нагрузки. Это означает, что высокоэффективной работы трехфазных асинхронных двигателей, двигателей с постоянными магнитами и синхронных реактивных двигателей уже можно достичь с помощью только одного стандартного типа устройства. Никаких дополнительных устройств не требуется.

Конфигурация оборудования, включая электромагнитный фильтр и катушку постоянного тока, а также использование стратегии управления MTPA, приводит к достижению максимальной энергоэффективности двигателя и преобразователя частоты. С точки зрения эффективности использование данной системы приводит к сравнимым – а иногда даже лучшим – результатам, чем использование комбинации двигатель+преобразователь частоты, часто предлагаемой некоторыми производителями.

Энергоэффективность работы и способность управлять двигателями различных типов с помощью только одного устройства дает пользователю возможность протестировать различные типы двигателей. В худшем случае он всегда может вернуться к использованию привычного трехфазного асинхронного двигателя, и при этом не будет необходимости заменять преобразователь частоты.

Читать еще:  Что такое импульс шагового двигателя

Решением является автоматическая адаптация двигателя

Важным моментом является правильное внесение данных двигателя в преобразователь частоты. Это необходимо для безопасной эксплуатации устройства. Эти данные не только дают информацию о скорости, соответствующей частоте, но и также указывают предельные значения, которые оператор должен соблюдать во время работы. Значение мощности используется не только для определения крутящего момента. Преобразователь частоты должен также ограничивать его во избежание перегрузки электродвигателя.

Многие пользователи используют паспортные данные трехфазных асинхронных двигателей, указанные на табличке двигателя, так что при программировании не возникает проблем. Обработка паспортных данных для двигателей с постоянными магнитами представляет собой большую сложность. Во-первых, многие данные этого типа двигателей зачастую не известны пользователю, и, к тому же, различные производители двигателей иногда представляют информацию по-разному. К примеру, данные о противо-ЭДС приводятся по отношению к номинальной скорости или к 1000 оборотов в минуту. Затем пользователь должен преобразовать эту информацию в формат, необходимый для преобразователя частоты.

Таким образом, для оптимального управления двигателем наличия паспортной таблички недостаточно.

Каждый производитель использует различные материалы, двигатели производятся в соответствии с технологическим допуском, двигатели разных видов требуют различного уровня намагниченности. Данные двигателей различных производителей тоже различаются. Все это приводит к необходимости применения так называемых расширенных данных двигателя, которые, в свою очередь, влияют на качество управления им. Конкретные режимы эксплуатации влияют на значения тока и напряжения, необходимые для оптимальной работы двигателя.

Фактически, у независимого производителя приводной техники, каким является компания Danfoss, возникает необходимость минимизации или устранения подобных различий производимых устройств. Это осуществляется благодаря применению автоматической адаптации двигателя (ААД). Преобразователь частоты сам определяет параметры двигателя. Теперь это доступно как для трехфазных асинхронных двигателей, так и для двигателей с постоянными магнитами и синхронных реактивных двигателей. Эта процедура измеряет параметры двигателя в соответствии с его паспортными данными и занимает всего три секунды.

Преимущество для пользователя – один преобразователь частоты для всех типов двигателей.

Для оптимальной работы описанных типов двигателей необходим электронный контроллер. Являясь независимым производителем преобразователей частоты, компания Danfoss разработала решение, позволяющее управлять всеми стандартными типами двигателей, используемых в промышленности и автоматизации зданий. Это является огромным преимуществом для пользователя, поскольку позволяет управлять двигателями различных видов с помощью только одной универсальной системы управления. Также это снижает затраты на обучение разработчиков, операторов и персонала по техобслуживанию, а также затраты на дополнительное оборудование.

Перспективы развития

Как было сказано выше, экономическая и социальная необходимость повышения энергоэффективности в значительной мере стимулировала рынок производства двигателей. В результате на рынке появилось большое количество конкурентоспособных новых или усовершенствованных моделей данных устройств. Мы с интересом следим за тем, какая же технология — или технологии — займут лидирующую позицию в долгосрочной перспективе.

Технология Danfoss применима ко всем типам двигателей

Являясь независимым производителем приводной техники, компания Danfoss разработала решение, применимое ко всем распространенным типам двигателей, которое постоянно модернизируется и совершенствуется. Традиционно компания Danfoss предлагала преобразователи частоты с алгоритмами управления стандартными асинхронными двигателями и двигателями с постоянными магнитами для обеспечения их высокой эффективности. В настоящее время доступны новые алгоритмы управления, оптимизированные для синхронных реактивных двигателей (к примеру, преобразователь частоты VLT® AutomationDrive FC 302). Упрощается также и процесс ввода устройства в эксплуатацию. Помимо простоты обслуживания преобразователь частоты обладает и другими полезными функциями. В качестве примера можно привести функцию автоматической адаптации двигателя (ААД), которая измеряет характеристики двигателя и оптимизирует его параметры в соответствии с ними. Благодаря этому двигатель всегда работает наиболее эффективным образом, что позволяет повысить энергоэффективность и снизить расходы.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector