Отчет по Динамике ТС. Отчет Лр№2 Чирухин Д.С. УТС СМ10-71. Изучение динамических характеристик датчика температуры охлаждающей жидкости автомобиля
 Скачать 0.53 Mb.
|
|
Московский государственный технический университет им. Н.Э. Баумана Кафедра СМ10 «Колесные машины» Отчет по лабораторной работе №2. Тема: «Изучение динамических характеристик датчика температуры охлаждающей жидкости автомобиля» Студент: Чирухин Д.С Группа: СМ 10-71 Преподаватель: Смирнов А.А. Москва, 2021 г. В данной лабораторной работе мы изучили устройство и принцип работы датчика температуры охлаждающей жидкости, а также построили его динамическую характеристику с помощью пакета MATLAB Simulink и сравнили с той, которая была получена в результате эксперимента. Помимо этого, для модели системы охлаждения двигателя настроили управляющее устройство, изучили процессы, проходящие в ней. ДТОЖ предназначен для измерения температуры жидкости в выходном патрубке водяной «рубашки» ГБЦ. В основе его работы лежит свойство полупроводников изменять свое сопротивление при изменении температуры – в нашем случае терморезистор внутри датчика имеет отрицательный температурный коэффициент сопротивления, т.е. при нагреве его сопротивление уменьшается. Схема подключения датчика приведена на рисунке 1. Рисунок 1 – Принципиальная электрическая схема подключения ДТОЖ В ходе эксперимента (при опускании подключенного к измерительной системе датчика в кипящую воду) был получен файл с данными об изменении напряжения (набор точек, определяющих значение напряжения в каждый момент времени нагревания датчика), который был импортирован в программу MATLAB. Экспериментально полученный график переходного процесса представлен на рисунке 2. График изменения температуры и динамическая характеристика датчика при нагревании от комнатной температуры до температуры кипения представлены на рисунке 3. Для построения графиков была написана следующая программа: (для построения исходного графика используются первые четыре строчки кода) Рисунок 2 – Экспериментально полученный график переходного процесса По этому графику примем время начала переходного процесса (6,5 с) и его окончание (40 с). Рисунок 3 – График изменения температуры и динамическая характеристика ДТОЖ при нагревании от 20 до 100 °С. Была создана модель датчика в программе MATLAB Simulink (рисунок 4). Поскольку он характеризуется некоторой инерционностью, для его описания используется передаточная функция апериодического звена: 𝑊 𝑠(𝑝) = 1/ (𝑇 𝑠 𝑝+1), где 𝑇 𝑠 ̶ постоянная времени датчика. Входной переменной этого звена является температура среды снаружи датчика, а выходной переменной – температура чувствительного элемента датчика. Напряжение на датчике 𝑈(𝑇) при температуре 𝑇 вычисляется по следующей формуле: 𝑈(𝑇) = 𝑈𝑏𝑒𝑔𝑖𝑛 + 𝑘𝑠(𝑇 − 𝑇𝑏𝑒𝑔𝑖𝑛), где 𝑘𝑠 ̶ коэффициент преобразования температуры в напряжение. По экспериментальным данным необходимо определить величины 𝑇𝑠 и 𝑘𝑠. Передаточной функции датчика соответствует следующее дифференциальное уравнение: где Т in – температура среды на входе датчика, Т out – температуры чувствительного элемента. Схема датчика оформлена в виде блока Atomic Subsystem. Рисунок 4 – Модель ДТОЖ в Simulink Задали начальные значения двух искомых параметров, введя их в строке команд: K_s_init = 0.01; T_s_init = 10; Для оценки указанных параметров был использован инструмент Simulink Design Optimization – программа на основе экспериментальных входных и выходных данных с помощью оптимизации определяет параметры, обеспечивающие минимальное расхождение с экспериментальными данными. Совмещенные графики переходного процесса представлены на рисунке 5. Рисунок 5 – совмещенные графики переходного процесса, полученные при моделировании и в эксперименте Анализ показывает, что точность математической модели ДТОЖ достаточно высока, переходный процесс соответствует реальному. Параметры K_s_init и T_s_init были определены программой: Рисунок 6 – Результаты оптимизации Также для модели системы охлаждения двигателя (представлена на рисунке 7) было создано и настроено управляющее устройство, отвечающее за включение и отключение вентилятора радиатора. Исходные данные для математической модели системы охлаждения: Рисунок 7 – Модель системы охлаждения двигателя Контроллер вентилятора создан с помощью Stateflow-диаграммы (рисунок 8) Рисунок 8 – Блок управления вентилятором Графики, иллюстрирующие рабочие процессы в системе охлаждения двигателя, представлены на рисунке 9. Рисунок 9 – Графики рабочих процессов в системе охлаждения в результате моделирования системы в течение 3000 секунд. На графиках можно отметить некоторое запаздывание между реальной температурой двигателя/радиатора и соответствующими показаниями температурных датчиков, обусловленное их инерционностью. Дальше блок управления был настроен таким образом, чтобы была уменьшена частота переключения вентилятора, и при этом температура двигателя находилась в диапазоне 90±3 °С. Параметры измененного блока управления представлены на рисунке 9, графики рабочих процессов – на рисунке 11. Рисунок 10 – настроенный блок управления вентилятором Рисунок 11 – Графики рабочих процессов в системе охлаждения в результате моделирования системы в течение 3000 секунд с настроенным блоком управления. Вывод: В ходе лабораторной работы была получена динамическая характеристика датчика температуры охлаждающей жидкости при резком его нагревании от комнатной температуры до 100 °С. Созданная в программе MATLAВ математическая модель датчика температуры соответствует характеристикам реального датчика, поскольку параметры передаточной функции были оптимизированы и подобраны специальным инструментом программы. Также был смоделирован и настроен блок управления вентилятором радиатора таким образом, чтобы в системе охлаждения поддерживалась рабочая температура. |