4.5.2. Регулятори частоти обертання зі змінною структурою
Головними чинниками, що визначають ефективність МПСК дизеля, є алгоритми регулювання частоти обертання і реалізуючі їх структури регуляторів в мікроконтролері.
Синтез МПСК частотою обертання полягає в знаходженні оптимального або достатньо близького до нього, алгоритму регулювання, а також структури регулятора, що реалізовує такий алгоритм.
Найвищі вимоги до якості керування пред'являються саме до МПСК частотою обертання.
При застосуванні сучасних комп'ютерних технологій в мікроконтролері двигуна можлива реалізація якнайкращих, гранично досяжних, значень показників якості двигуна, а висока якість регулювання частоти обертання розширює можливості підвищення якості регулювання також і решти параметрів двигуна і комплексного адаптивного керування.
Це відноситься, перш за все, до точності підтримки частоти обертання на усталених режимах, величині максимального відхилення і тривалості перехідних процесів відпрацювань змін навантаження, розгону і гальмування двигуна. Практично ця задача зводиться до забезпечення інваріантності частоти обертання від збурень - накидів і скидань навантаження, в максимально можливому діапазоні зміни навантаження.
Встановлено, що оптимізація МПСК частотою обертання по швидкодії мінімізує і максимальні відхилення частоти обертання в перехідних процесах.
Оскільки через запізнювання в каналі керування частотою обертання в двигуні абсолютна інваріантність частоти обертання при зміні навантаження недосяжна, то можна ставити тільки задачу досягнення інваріантності до половини технічно допустимої нестабільності частоти обертання на усталених режимах. Далі, під інваріантністю приймається саме ця її величина.
У МПСК частотою обертання для забезпечення інваріантності, безумовно, доцільне комбіноване (двоканальне) керування – по відхиленню частоти обертання і зміні навантаження двигуна. Інформацію і про навантаження, і про відхилення слід використовувати у будь-якому випадку якнайповнішим чином, оскільки це може забезпечити оптимізацію і нетипових режимів (наприклад, накид навантаження при незавершеному відпрацюванні скидання), підвищити надійність системи, зберегти достатню якість керування при відмовах деяких її елементів.
Динамічні характеристики двигунів істотно змінюються із змінами частоти обертання і навантаження. Тому забезпечення якості керування вимагає, як мінімум, програмної зміни налаштувань регуляторів у функції частоти обертання. Встановлено, що із зміною настройок, використовування в електронних МПСК частотою обертання двигунів лінійних жорстких структур дозволяє забезпечити показники якості, досягнуті в кращих зразках гідромеханічних систем керування частотою обертання, навіть декілька їх перевершити, проте інваріантність забезпечується ними хоча і в ширшому, але обмеженому діапазоні навантажень, що накидаються.
Доведено також, що для усталених і перехідних процесів відпрацювань різних дій оптимальні по швидкодії і точності алгоритми регулювання істотно різні.
Для двигунів бажані регулятори частоти обертання, здатні швидко пристосовуватися до режимів, що змінюються, умов роботи і збурень. З цієї точки зору найефективніші регулятори з нелінійними алгоритмами, здійснюваними системами із змінною структурою (СЗС), які володіють широкими можливостями поліпшення якості.
Для двигунів придатний тільки режим перемикань при використовуванні на фінальній стадії асимптотично стійких структур. У СЗС двигунів, оптимальних по швидкодії (коли критерій оптимальності – тривалість перехідного процесу), необхідне чергування форсуючої, демпфуючої і асимптотичної стійких структур. Тобто в перехідному процесі двигуна повинні по черзі діяти три різних за структурою регулятори частоти. У звичних механічних і навіть гідромеханічних регуляторах це дуже важко досягається.
На рис. 4.6 представлена спрощена схема регулятора частоти обертання із змінною структурою, а на рис. 4.7 показано можливість оптимізації перехідного процесу відробки таким регулятором стрибкоподібного накиду навантаження на двигун.
Рис. 4.6. Спрощена схема регулятора частоти обертання зі змінною структурою:
частоти обертання: nз, – задана, n – дійсна; структури: 1 – форсуюча, 2 – демпфуюча; 3 – завершальна; П – перемикач структур; ППС – пристрій перемикання структур; uн – навантаження двигуна; u1-3 – вихідні сигнали перемикаючих структyр; u – результуючий сигнал
