Двигатель внутреннего сгорания с дроссельной заслонкой, инерцией вращения и отставанием во времени
Simscape/Трансмиссия/Двигатели и моторы
Блок Generic Engine представляет общий двигатель внутреннего сгорания. Этот блок является подходящим общим двигателем для искрового и дизельного зажигания. Обеспечивается параметризация скорости-мощности и скорости-крутящего момента. Входной физический сигнал дросселя определяет нормированный крутящий момент двигателя. Дополнительные динамические параметры включают инерцию коленчатого вала и задержку времени отклика. Физический сигнальный порт выводит расход топлива двигателя на основе выбранной модели расхода топлива. Дополнительные контроллеры скорости и красных линий предотвращают остановку двигателя и включают круиз-контроль.
По умолчанию блок Generic Engine использует запрограммированную зависимость между крутящим моментом и скоростью, которая модулируется дроссельным сигналом.
Блок оценивает потребность в мощности двигателя как функцию частоты вращения двигателя, g (Λ). Эта функция обеспечивает максимальную мощность, доступную для данной частоты вращения двигателя, Λ. Параметры блока - Максимальная мощность, Скорость при максимальной мощности и Максимальная скорость - нормализуют эту функцию к физическим максимальным значениям крутящего момента и скорости.
Нормализованный входной сигнал Т дросселя определяет фактическую мощность двигателя. Мощность подается как часть максимальной мощности, возможной в установившемся состоянии при фиксированной частоте вращения двигателя. Он модулирует фактическую мощность, подаваемую P от двигателя: P (Λ, T) = T· g (Λ). Крутящий момент в двигателе ((мкФ) = Р/Ом.
Мощность двигателя отличная от нуля, когда скорость ограничена рабочим диапазоном, Ωmin ≤ Ω ≤ Ωmax. Абсолютная максимальная мощность Pmax двигателя определяет Ω0 таким образом, что Pmax = g (Λ 0). Определите w ≡ Ω/Ω0 и g (Λ) ≡ Pmax· p (w). Тогда p (1) = 1 и dp (1 )/dw = 0. Функция крутящего момента:
start= (Pmax/Ω0)· [p (w )/w].
Можно выполнить деривацию форм для p (w) из данных механизма и моделей. Блок Generic Engine использует полиномиальную форму третьего порядка
p (w) = p1· w + p2· w2 - p3· w3
что удовлетворяет
p1 + p2 – p3 = 1, p1 + 2p2 – 3p3 = 0.
В типичных двигателях pi являются положительными. Этот многочлен имеет три нуля, один при w = 0 и сопряженную пару. Одна из пар положительная и физическая; другой - отрицательный и нефизический:
+ 4p1p3).
Для полинома мощности двигателя существуют ограничения на коэффициенты pi полинома для достижения допустимой кривой мощности-скорости. При использовании табличных данных мощности или крутящего момента применяются соответствующие ограничения на P (Λ).
Типичная кривая спроса на мощность двигателя
Определите скорость и мощность, w = Ω/Ω0 и p = P (Λ )/ P0, и определите границы как wmin = Ωmin/Ω0 и wmax = Ωmax/Ω0. Затем:
Блок ограничивает частоту вращения двигателя положительным диапазоном выше минимальной скорости и ниже максимальной скорости: 0 ≤ wmin ≤ w ≤ wmax.
Мощность двигателя при минимальной частоте вращения должна быть неотрицательной: p (wmin) ≥ 0. Если используется полиномиальная форма, это условие является ограничением для pi:
p (wmin) = p1· wmin + p2· w2min - p3· wmin3 ≥ 0.
Мощность двигателя на максимальной скорости должна быть неотрицательной: p (wmax) ≥ 0. При использовании полиномиальной формы это условие является ограничением на wmax: wmax ≤ w +.
Для параметризации по умолчанию блок предоставляет два варианта выбора типов двигателей внутреннего сгорания, каждый из которых имеет различные параметры потребности в мощности двигателя.
| Потребляемая мощность Коэффициент | Тип двигателя | |
|---|---|---|
| Искровое зажигание | Дизель | |
| p 1 | 1 | 0.6526 |
| p 2 | 1 | 1.6948 |
| p 3 | 1 | 1.3474 |
Регулятор частоты вращения холостого хода регулирует дроссельный сигнал для увеличения частоты вращения двигателя ниже опорной частоты вращения в соответствии со следующими выражениями:
Αc)
и
)) − Δc
где:
??????????????????????????????
Δi - входной дроссель (порт Т).
Δc - дроссель контроллера.
λ - угловая скорость вращения двигателя или коленчатого вала.
startr - опорная скорость холостого хода.
startt - пороговое значение скорости контроллера.
start- постоянная времени контроллера.
Регулируемый дроссель увеличивается с отставанием первого порядка от нуля до единицы, когда частота вращения двигателя падает ниже опорной частоты вращения. Когда частота вращения двигателя поднимается выше контрольной частоты вращения, регулируемый дроссель уменьшается от единицы до нуля. Когда разность между скоростью двигателя и опорной скоростью меньше порогового значения скорости контроллера, часть уравнения tanh сглаживает производную по времени от управляемого дросселя. Функция ограничивает управляемый дроссель диапазоном [0,1]. Двигатель использует большее из входных и контролируемых значений дроссельной заслонки. Если включена задержка во времени механизма, контроллер изменяет входные данные до того, как вычислит задержку.
В то время как контроллер скорости холостого хода определяет минимальное значение дроссельной заслонки для поддержания частоты вращения двигателя, контроллер красной линии предотвращает чрезмерную скорость на основе входного значения максимальной дроссельной заслонки. Для определения максимального значения дроссельной заслонки контроллер красной линии использует модельное уравнение контроллера скорости холостого хода. Однако для контроллера красных линий:
startr - опорная скорость красной линии.
startt - пороговое значение скорости красных линий.
start- постоянная времени красной линии.
Для увеличения скорости моделирования установите для параметра Модель расхода топлива значение No fuel consumption.
При выборе любой другой опции для модели расхода топлива блок должен выполнить нелинейное вычисление. Блок решает уравнение, даже если порт FC, сообщающий расход топлива, не подключен к другому блоку.
Если для параметра установлено значение No fuel consumptionблок не рассчитывает расход топлива, даже если порт FC подключен к другому блоку.
Этот блок содержит ограничение задержки во времени механизма.
Двигатели отстают в реакции на изменение частоты вращения и дроссельной заслонки. Блок дополнительно поддерживает запаздывание только из-за изменения дросселя. Моделирование временных задержек повышает точность модели, но снижает производительность моделирования.
Чтобы повысить производительность моделирования, задайте для параметра Dynamics > Временная константа значение No time constant - Suitable for HIL simulation.
