Система стабилизации, Про поддержание заданного давления Опции

[ЛЕСЯ]

Может кто подскажет по такому вопросу. Имеется насос с бесколлекторным приводом и аналоговый датчик давления, необходимо построить систему которая бы поддерживала определенное стабильное давление в магистрале вне зависимости от расхода жидкости.

[Tanya]

Может кто подскажет по такому вопросу. Имеется насос с бесколлекторным приводом и аналоговый датчик давления, необходимо построить систему которая бы поддерживала определенное стабильное давление в магистрале вне зависимости от расхода жидкости.

Обычно применяется водонапорная башня или что-то подобное для сглаживания пульсаций.

[TomaT]

Обычно применяется водонапорная башня или что-то подобное для сглаживания пульсаций.

Камера от волейбольного мяча для пневматики.
ЗЫ каков вопрос таков и ответ, готов поспорить - это курсач.
ЗЗЫ для гидравлики тот же мячик только в бочке. Или бачке.
ЗЗЗЫ или "мягкость/жесткость" характеристики насоса.

[Oldring]

Обычно применяется водонапорная башня или что-то подобное для сглаживания пульсаций.

Насколько мне известно, сама теплотрасса, например, сглаживает пульсации не хуже водонапорной башни. Но там все-таки нету резкого изменения расхода - мелкие прорывы не в счет.

[exSSerge]

Насколько мне известно, сама теплотрасса, например, сглаживает пульсации не хуже водонапорной башни. Но там все-таки нету резкого изменения расхода - мелкие прорывы не в счет.

Так ведь пульсации - прежде, чем сглаживать - нужно сначала создать.
Простого и незамысловатого ПИ-регулятора в цепочке обратной связи от датчика к насосу, полагаю будет достаточно.

Что это такое и как с ним бороться - легко находится поиском на форуме, тема не раз обсуждалась, чаще всего применительно к регулированию температуры.

P.S. ПИ - значит Пропорционально-Интегрирующий, ежели захочется посложнее - есть ещё ПИД - Пропорционально-Интегрирующий-Дифференцирующий.

[ЛЕСЯ]

Про ПИД уже много начитано только как все это реализовать на 8
разрядах в AVR. Вот еще что недавно получилось снять кривую разгона объекта а что с ней дальше делать?

[Oldring]

Про ПИД уже много начитано только как все это реализовать на 8
разрядах в AVR.

Например, нанять программиста
Вообще говоря это, конечно, вопрос скорее для раздела "Электроника для чайников", а не "Математика и физика".

[ЛЕСЯ]

Хочется своими ручками, так сказать один раз разобраться.

[khach]

На самом деле все-таки математика и физика. Потому что поведение центробежного насоса в зависимости от оборотов мотора очень нелинейно. Застабилизировать такую систему обычным ПИДом неполучится. Конечно можно сделать релейное регулирование с пневматическим ресивером, но тогда частотный привод нужен только для ограничения пиковых токов при старте мотора. Или просто поставить на насос пружинный клапан для стабилизации давления. А вот оптимальное регулирование... это непросто. Необходимо семейство нагрузочных характеристик насоса от давления на выход, от расхода, от давления на входе, кавитационные ограничения, нагрузочные и перегрузочные характеристики мотора, требования по магистрали (диапазон давлений, расход, ВЧ пульсации). Задача, если ее правильно решать, на дисер тянет. Советую почитать литературу по конструированию турбонасосных агрегатов ракетных двигателей. Там именно аналоговое регулирование используется.

[ЛЕСЯ]

От пружинного клапана и необходимо избавиться для этого система и проектрируется. У меня были попытки сделать что то похожее на ПИД вот только при проведении испытания на стенде выявилась такая особенность при резком изменении расхода как бы приоткрываешь и призакрываешь клапан несколько раз подряд система стабилизации начинает раскачиваться, а когда после этого оставляешь в покое система после нескольких колебаний возвращает давление. Меня интересует вот что это такая особенность поведения ПИД при резком продолжительном изменении сигнала ошибки ?

[Oldring]

На самом деле все-таки математика и физика.

Проектирование регулятора, но не обучение программированию. То, что подводных камней, связанных с самим регулятором, море - это бесспорно. Но вряд-ли, конечно к регулятору будут предъявляться такие же требования, как и в ракетном двигателе.

P.S. И разве для водяного насоса упомянутое Вами семейство нагрузочных характеристик от давлений на выходе и входе не сводятся к характеристикам от разности давлений на выходе и входе? Так что уже упрощение

[ЛЕСЯ]

Нет это не семейство нагрузочных характеристик? Делалось как - после запуска двигателя насоса после некоторой задержки по времени чтоб давление в магистрале имело стационарный характер давалась команда на увеличение подводимой мощности (ШИМ = 100%) в этом же самый момент АЦП начинает сканировать датчик через каждые 4 мс в оперативку после этого когда записано 512 точек их передаю в комп. а там дело техники строится график разгона объекта.

[khach]

От пружинного клапана и необходимо избавиться для этого система и проектрируется. У меня были попытки сделать что то похожее на ПИД вот только при проведении испытания на стенде выявилась такая особенность при резком изменении расхода как бы приоткрываешь и призакрываешь клапан несколько раз подряд система стабилизации начинает раскачиваться, а когда после этого оставляешь в покое система после нескольких колебаний возвращает давление. Меня интересует вот что это такая особенность поведения ПИД при резком продолжительном изменении сигнала ошибки ?

Вот-вот, это к ракетчикам- очень похоже на эффект пого, из-за которого первый сатурн гробанулся. Просто у гидравликов вы этого ненайдете- там приходил дядя Вася с ключем и подтягивал пружину перепускного клапана, а в самых продвинутых системах крутил винт ниппеля пневматического (или гидравлического) демпфера этого же клапана. Ну и профиль центрального тела перепускного клапана иногда учитывался. Только ракетчикам пришлось разрабатывать теорию оптимального регулирования центробежных насосов. Там конечно много более, чем вам надо, но откинуть лишнее (устойчвость процессов горения итд) всегда легче, чем добавить новое.
Про расходную характеристику- нет, всегда надо смотреть, допустимо упрощение или нет. Например, в насосе, который качает из водоема (неограниченный источник, постоянное давление на входе- допустимо), а если это подкачка из скважины в 5 метров глубиной (пол-атмосферы в минусе, ограниченный приток)- нет. А кавитационный срыв потока- это вообще песня, если случится.

[Oldring]

Про расходную характеристику- нет, всегда надо смотреть, допустимо упрощение или нет. Например, в насосе, который качает из водоема (неограниченный источник, постоянное давление на входе- допустимо), а если это подкачка из скважины в 5 метров глубиной (пол-атмосферы в минусе, ограниченный приток)- нет. А кавитационный срыв потока- это вообще песня, если случится.

Ну, если вода может закипеть - тогда, конечно, да, согласен, нужно учитывать динамику того, что на входе, а не только разность давлений.

[Tanya]

Нет это не семейство нагрузочных характеристик? Делалось как - после запуска двигателя насоса после некоторой задержки по времени чтоб давление в магистрале имело стационарный характер давалась команда на увеличение подводимой мощности (ШИМ = 100%) в этом же самый момент АЦП начинает сканировать датчик через каждые 4 мс в оперативку после этого когда записано 512 точек их передаю в комп. а там дело техники строится график разгона объекта.

А таких экспериментов надо много поставить - от расхода зависеть будет.
Это еще зависит от конфигурации магистрали, ее длины, диаметра и т.п. Например, если это циркуляционный контур, то зависеть будет даже от места расположения расходного вентиля (клапана ...), как бы это не казалось странным... Еще есть другие неприятные эффекты - если насос мощный, а расход маленький, то будет локальный разогрев воды - выделение газа - увеличение вероятности кавитации.
Кроме того, при не самой простой ( прямой однородной трубе) могу возбуждаться колебания, как в духовых инструментах.
А зачем все это нужно? Что экономить будем?

[ЛЕСЯ]

Идея вот какая, это предполагается сделать для автомобиля - система подачи топлива к форсункам в инжекторе. Сейчас там стоит редукционный клапан и сбрасывает все лишнее обратно в бак, при этом насос качает на полную мощь, что снижает его ресурс. А если бы насос поддерживал нужное давление давал столько сколько нужно в данный момент то ресурс был бы гораздо больше.

[Tanya]

Идея вот какая, это предполагается сделать для автомобиля - система подачи топлива к форсункам в инжекторе. Сейчас там стоит редукционный клапан и сбрасывает все лишнее обратно в бак, при этом насос качает на полную мощь, что снижает его ресурс. А если бы насос поддерживал нужное давление давал столько сколько нужно в данный момент то ресурс был бы гораздо больше.

Странная идея на мой взгляд, но Вам виднее. Вроде поток бензина заодно охлаждает мотор насоса. Еще вроде перемешивание бензина в баке тоже зачем-то нужно.
Клапаны форсунок в разных системах работают разное время. Бывает, что очень небольшая скважность. Если в этот момент давление будет скакать? Все равно аккумулятор давления нужен. Или интегратор расхода в каждой форсунке...
Может проще попробовать уменьшить расход в байпассной линии?

[Deka]

IMHO расход бензина форсунками зависит от режима работы двигателя и от его оборотов, поэтому думаю надо смотреть в сторону ограничения производительности насоса для разных режимов работы двигателя. Грубо: чем выше обороты (а значит и расход бензина), тем выше обороты насоса (больше производительность). Нажатие на газ при малых оборотах не должно приводить к бесконтрольному росту расхода, так как сиситема контроля выхлопных газов не даст впрыснуть много топлива сразу. В общем думаю что производительность насоса должна быть такой, чтобы поток обратки был минимальным.

[ЛЕСЯ]

Да все правильно, но система проектируется без обратки.

[Deka]

Расход бензина может возрасти очень быстро. Никто не запрещает водителю резко нажать на газ. У насоса как у любой механической системы есть задержка отработки управляющего сигнала. Отсюда всё упирается в быстродействие подстраивающей давление электронной схемы и скорость исполнения команды насосом... Думаю что в любом случае получим провал в давлении, что сразу-же скажется на двигателе и в результате провал при разгоне. IMHO следящая система будет всегда отставать от реальных потребностей или опережать их в условиях изменения первых. Ну и наверное что-бы не городить сложнейшую сиситему стабилизации давления обошлись просто постоянной производительностью насоса и перепускным клапаном с обраткой. IMHO самая скоростная и достаточно надёжная стабилизирующая система.
Ну а если задача стоит по экономии ресурса двигателя насоса, то я всё-же думаю, что надо просто ограничивать его производительность в зависимости от оборотов двигателя и этого будет достаточно.
P.S. Для точного дозирования топлива блок управления измеряет напряжение бортовой сети для коррекции длительности импульса открытия форсунок. При этом считает, что давление бензина в топливной рампе постоянно.

[Wiener]

Подбирать требуемую производительность насоса на заданные обороты бесполезно, т.к. вся это ещё будет зависеть от внешних факторов: температура окружающей среды (бензин в холоде густеет), атмосферного давления и т.д.
Можно только задать кривую, которая будет несколько перекрывать требуемое давление, а по датчику давления в магистрали уже корректировать окончательно...

2ЛЕСЯ: Сам сейчас посматриваю этот вопрос, но пока только теоретически.

[ЛЕСЯ]

Вот эта идея мне уже нравиться. То есть забить жесткую кривую в памяти и по ней работать. Надо бы прикинуть какую или какие зависимости использовать.

[Deka]

Нет прямой зависимости расхода бензина от оборотов двигателя, потому как смесь бывает бедной и богатой. Зависимость только косвенная. Ну допустим получили Вы постоянной давление в магистрале. Тут водила нажал на газ (обогнать ему понадобилось) и блок управления выдал больше бензина чем надо - давление упало. Через какое время электроника засечёт провал? А через какое время насос сможет компенсировать? Думаю, что провала не избежать. А у перепускного клапана в этом случае практически мгновенная реакция.
Считаю создание варианта без обратки и перепускного клапана черезчур сложным и неоправданным. Надо просто немного усовершенствовать существующую систему на предмет ограничения производтельности насоса что приведёт к снижению его оборотов и дольшей "жизни". Решение о смене обортов принимать по обратке.

P.S. Возможно удастся сделать требуемое, если не измерять датчиком давление, а точно знать расход. Т.е. если эту функцию интегрировать в блок управления, который рассчитывает точно знает какой будет расход топлива в следующий момент.

Сообщение отредактировал Deka - Apr 13 2007, 10:45

[ЛЕСЯ]

А разве в системе с перепускным клапаном нет просадки давления при резком нажатии на педаль. Для чего же тогда перед форсунками ставится рампа? Надо бы провести такой эксперимент на проверку просадки давления.

[Deka]

Думаю что если и есть просадка, то она очень незначительна. Клапан ведь пытается постоянно закрыться и как только давление хоть немного начнёт проседать клапан начнёт закрываться и таким образом компенсирует падение давления. Скорость компенсации IMHO зависит от пружины.
Наверное всю сиситему можно представить как ёмкость с льющейся в неё водой и краном внизу. Воды льётся больше чем может расходовать кран и лишнее выливается через край. Чем больше закрыт кран внизу тем больше воды выливается. Если резко открыть кран внизу, то просто меньше воды выльется через край. Реакция на изменение мгновенная! Думаете получится сделать сиситему рабоающую без перелива и обеспечивающую требуюмую скорость реакции? Вот если знать сколько израсходует кран, то наверное можно на столько-же открыть подачу. А следить за уровнем... считаю проигрышной стратегией.

Сообщение отредактировал Deka - Apr 13 2007, 11:39

[khach]

Несколько замечаний.
1. Топливный насос- плунжерный, обьем перекачиваемо топлива однозначно зависит от оборотов, в отличии от центробежного.
2. Пунжерный насос при наличии давления в магистрали можен вообще незапуститься.
3. Если нет обратки- это алес. Мгновенно образуются газовые пузыри в магистрали и мы никуда не едем.
4. Движок насоса охлаждается прокачиваемым бензином. Если прокачка меньше номинала- движок сгорает.
5. Движок там коллекторный.
6. Если уж регулировать обороты движка, то по критерию хода перепускного клапана. На клапан ставится датчик перемещения (например на дифференциальном трансформаторе) и ШИМом движка поддерживается минимально необходимое открытие клапана.

[Wiener]

Если уж регулировать обороты движка, то по критерию хода перепускного клапана. На клапан ставится датчик перемещения (например на дифференциальном трансформаторе) и ШИМом движка поддерживается минимально необходимое открытие клапана.

Тоже вполне красивый вариант....работать по обратке...