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曲軸的形狀和發動機的發火次序
曲軸的形狀及曲柄銷間的相互位置(即曲拐的布置)與沖程數、陜西銅川本地氣缸數、陜西銅川本地氣缸排列方式(直列或V形等)和各氣缸做功行程發生的順序(稱為發火次序或工作順序)有關。曲軸的形狀同時要滿足慣性力的平衡以及發動機工作平穩性的要求。
對四沖程發動機,曲軸每轉兩轉就是一個工作循環,每個氣缸都發火做功一次。各缸的發火間隔時間(用0CA表示)要求均勻。如果發動機有i個氣缸,則發火間隔為7200/i0CA,即曲軸每轉7200/i時,就有一個氣缸做功,這樣才會使發動機的工作平穩。下面介紹常用的4缸、陜西銅川本地6缸和V形8缸發動機的發火次序。
(1)四沖程直列4缸機,缸數i=4,發火間隔為7200/4=1800CA。4個曲柄銷布置在同一平面內,1、陜西銅川本地4缸的曲柄銷朝上時,2、陜西銅川本地3缸的朝下,1、陜西銅川本地4缸與2、陜西銅川本地3缸相隔1800。這種發動機可能采用的一種發火次序。
這種發火次序為1-3-4-2,習慣上以1缸為準,l缸做功后接著是3缸做功,以此類推。這種發動機的各氣缸,就是按照1-3-4-2的順序循環,不斷周而復始地工作著。
如將上述2、陜西銅川本地3缸的工作過程互換,則可得到另一種發火次序。這種互換之所以可能,是因為2、陜西銅川本地3缸的曲柄銷(即它們的活塞)的位置是相同的。這樣就得到另一種發火次序,即1-2-4-3。
所以,4缸機可能采用兩種發火次序,即1-3-4-2和1-2-4-3。不過,對某一種具體的發動機來說,由于發火次序還與氣門機構的安排等有關,因而是確定而不能變更的。使用一臺發動機時,必須了解它的發火次序。
1-3-4-2和1-2-4-3兩種發火次序在工作平穩性和主軸承負荷方面,沒有什么區別。一般柴油機采用前一種。
(2)四沖程直列6缸機,發火間隔為7200CA/6=1200CA。6個曲柄銷分別布置在3個平面內(每個平面內2個),各平面間互成1200。曲柄銷的具體布置可有兩種方式。當1、陜西銅川本地6缸的曲柄銷朝上時,2、陜西銅川本地5缸的朝左,3、陜西銅川本地4缸的朝有,其發火次序是1-5-3-6-2-4。國產6缸機都采用這種曲軸和發火次序。
曲柄銷布置的另一種方式是將上述 種方式的2、陜西銅川本地5缸分別與3、陜西銅川本地4缸互換。這種方式的發火次序是1-4-2-6-3-5。
當然,上述兩種6缸機的曲軸還可能采用其他的發火次序,但由于在實際發動機上幾乎沒有應用,因而不作介紹。
按發火次序看,前后兩個氣缸的做功行程有600是重疊的,這種現象是容易理解的。因為各氣缸間做功行程的間隔是1200,而每個氣缸的做功行程本身都是1800,就必然有600互相重疊。在這個600中,兩個氣缸都在做功,前一個氣缸做功末完,后一個氣缸的做功已開始了。這種做功行程重疊的觀象對發動機的工作平穩性是有利的。
(3)四沖程8缸機,大多將氣缸排列成雙列V形(兩列氣缸中心線的夾角常取900)。氣缸數i=8,其發火間隔為7200CA/8=900CA。這種發動機左右兩列氣缸中相對的一對連桿共裝在一個曲柄銷上,所以V形8缸機只有4個曲柄銷。通常將4個曲柄銷布置在兩個互成900的平面內。
V形8缸機常用的發火次序為1-5-4-2-6-3-7-8。
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介紹柴油發電機組調速方法
1面向Simulink數字調速系統框圖
在建立了柴油發電機組調速系統的各模型后,就可用MATLAB的Simulink工具建立基于常規PID控制,變速積分PID控制,不完全微分PID控制和模糊PID控制的調速系統框圖。
1.1常規PID控制
首先看常規PID控制,下面是它的系統仿真框圖,這是常規采用的PID控制系統圖,通過對真實控制系統繪制仿真框圖,觀察采用常規PID控制效果。
1.2不完全微分PID控制
下面是不完全微分PID控制系統仿真框圖,圖2不完全微分PID控制系統仿真框圖這是在常規PID基礎上進行了不完全微分,這是用來改善它的控制功能,取得更好的控制效果。
1.3變速度積分PID控制
下面是變速度積分PID控制系統仿真框圖。
1.4模糊PID控制
自適應模糊PID控制是將自適應控制的思想和常規PID控制器結合,吸收了自適應控制和常規PID控制的優點。首先它具備自適應能力,能夠自動識辨被控過程參數、陜西銅川本地自動整定控制參數,能夠適應被控過程模型參數的變化;其次它又具有常規PID控制器結構簡單、陜西銅川本地魯棒性強、陜西銅川本地可靠性高的優點。這使得自適應PID控制成為過程控制中一種較為理想的控制方法。
如果用模糊控制箱設計出模糊控制器,再在Simulink中建立系統仿真模型,把模糊控制器模塊和我們設計的FIS結構連接起來,就可以對它進行仿真研究了,系統仿真框圖的建立關鍵是對PID三個參數Kp,Ki,Kd的整定,這必須考慮到不同時刻三個參數的相互作用和它們之間的關系。
下面從系統的穩定性、陜西銅川本地響應速度、陜西銅川本地超調量和穩態精度等各方面來考慮Kp,Ki,Kd的作用,建立模糊規則表。
(1)比例系數Kp的作用是加快系統的響應速度,提高系統的調節精度。Kp越大,系統的響應速度越快,系統的調節精度越高,但容易產生超調,可能會導致系統不穩定。Kp取值過小,會降低調節精度,使響應速度變慢,延長調節時間,使系統動態和靜態特征變壞。
(2)積分作用系數Ki的作用是系統的穩態誤差。Ki越大,系統的靜態誤差越快,但Ki過大,在響應過程的初期會產生積分飽和現象,從而引起響應過程的較大超調。但Ki過小會使系統的靜態誤差難以,影響系統的調節精度。
(3)微分的作用系數Kd的作用是改善系統的動態特征,其主要作用是在響應過程中抑制偏差向任何方向的變化,對偏差變化進行提前預報。但Kd過大,會使響應過程提前制動,延長了調節時間,而且會降低系統的抗干擾性能。下面是進行模糊控制PID控制的系統仿真框圖。
2對系統進行仿真研究
建立了系統的仿真框圖后,就可以對系統進行仿真研究,就可以比較采用常規PID控制和變積分PID控制,不完全微分PID控制,模糊自適應PID控制的比較,并具體分析我們采用的模糊控制系統仿真框圖自適應控制時的仿真效果。對系統進行仿真有助于我們對柴油發電機組調速系統的快速理解,并初步地分析出我們需要的控制參數,對系統的研究有積極作用。
系統仿真圖通過MATLAB中的模糊控制箱實現,同時根據自己控制系統的具體特點和要求來建立的,基本可以反應控制系統的基本情況,可以起到很好的仿真模擬作用。
首先,比較常規PID控制和變積分PID控制,變速積分PID通過改變積分項的累加速度,使得它和偏差大小相適應,偏差大的時候,積分慢;偏差小時,積分快,這就可以減少超調,同時更好地靜差。
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