Технические науки/12. Автоматизированные системы управления на производстве

К.т.н. Е. В. Зубков, А. А. Новиков

Камская государственная инженерно-экономическая академия, Россия

Аспекты автоматизации испытаний автомобильных дизелей

На современном этапе развития автомобильного двигателестроения дальнейшее совершенствование дизелей связано с тщательным изучением происходящих в них процессов, поскольку легкодоступные резервы улучшения их конструкции уже практически исчерпаны.

Важным инструментом исследования двигателей являются испытания. Они являются неотъемлемой частью сложного процесса конструирования и доводки двигателей. С помощью испытаний можно всесторонне исследовать качество дизеля, определить основные энергетические и экономические качества новых и отремонтированных двигателей, показатели надежности и долговечности их основных узлов и агрегатов, изучить процессы, протекающие в двигателе при его эксплуатации.

Сложность и трудоемкость испытаний неуклонно возрастают. В связи с этим целесообразно применение автоматизированных систем испытаний (АСИ) дизельных двигателей [1]. Создание таких систем является сложной задачей, поскольку для ее решения необходимо преодолеть ряд трудностей, связанных с высокими требованиями, предъявляемыми к АСИ. Программное обеспечение (ПО) АСИ должно обрабатывать информацию в реальном масштабе времени, управляя работой как двигателя, так и испытательного стенда. Широкая номенклатура испытуемых дизелей и большое количество разновидностей испытаний, которым они подвергаются, представляют собой дополнительную сложность. ПО АСИ должно вырабатывать управляющие воздействия, необходимые для вывода двигателя на нужные режимы работы.

Как для любой сложной технической системы, для АСИ важен эффективный механизм взаимодействия с пользователем (технологом, проводящим испытания). В связи с этим ПО АСИ должно обладать интеллектуальным интерфейсом пользователя, который позволит людям, не обладающим глубокими познаниями в области компьютерной техники, не испытывая затруднений, работать с системой.

Таким образом, АСИ дизельных двигателей должна обеспечивать решение следующих задач:

1. Проектирование технологий испытаний с помощью эффективного технологического графического языка.

2. Расчет управляющих сигналов для исполняющих устройств испытательного стенда и двигателя.

3. Имитационное моделирование испытаний двигателей.

4. Управление оборудованием испытательного стенда и двигателя при проведении испытаний.

Исходя из этих задач, была разработана структурная схема АСИ дизельных двигателей.

Для решения первой задачи для технологического графического языка, предложенного в работах [2-3], были разработаны и формализованы грамматические правила. На основе анализа этих правил и возможных ошибок при проектировании технологий испытаний с помощью графического языка была предложена методика проектирования, основанная на использовании узловых точек. Также был разработан алгоритм создания технологий испытаний дизелей с помощью этой методики, для его реализации было создано соответствующее программное обеспечение.

Для расчета управляющих сигналов на основе анализа существующих математических моделей и экспериментальных данных, полученных при стендовых испытаниях дизелей, оснащенных топливной системой Common Rail, была предложена обобщенная математическая модель двигателя. Путем решения дифференциального уравнения была получена математическая модель управления дизелем, которая позволяет рассчитывать значения входных параметров, необходимые для вывода двигателя на желаемый режим работы.

Проведенное имитационное моделирование испытаний подтвердило справедливость полученных моделей, максимальная относительная ошибка составила 0,98%.

Таким образом, было разработано информационное и математическое обеспечение АСИ дизельных двигателей в обобщенном виде, а также применительно к дизелям, оснащенным топливной системой Common Rail.

Литература

1. Р. Л. Биктимиров, И. Х. Садыков, А. Х. Хайруллин. Математическое обеспечение автоматизированных систем исследований и испытаний двигателей внутреннего сгорания // М.: Машиностроение, 1995. – 256 с.: ил.

2. Е. В. Зубков, А. Х. Хайруллин. Графические средства проектирования и настройки программных систем управления автоматизированными технологическими процессами испытаний силовых установок (автомобильные двигатели и др.) // Автоматизация и управление в машиностроении: Online журнал, 1999. – №9.

3. Е. В. Зубков, А. Х. Хайруллин. Элементы технологического графического языка испытаний силовых установок // Проблемы конструирования, производства и эксплуатации современных колесных машин: межвузовский сборник научных трудов; Под ред. проф. В.Г.Шибакова, Набережные Челны: Камский политехнический институт, 1999. – с. 98-103.