Content area

Abstract

Purpose. Improving the performance of hardware and software tools for setting the phases of fuel and air supply to engine cylinders based on processing the signal of uneven crankshaft rotation. Methodology. The research methodology is based on the theory of automatic control and numerical methods. Findings. The results of the study are: construction of a deterministic mathematical model of an internal combustion engine; description of the mass movements of the model by a system of linear differential equations, the parameters of which are normalized using similarity theory methods; obtaining transfer functions of mechanical channels using the Mathcad software environment and the method of determinants. The coincidence of the obtained transfer functions is also established and for the first time it is proposed to represent the torque diagram of the power unit by a mechanical system with one degree of freedom; the frequency characteristics of the torque transmission channel are studied in the Matlab software environment. The effectiveness of the developed application software is established. Originality. The scientific novelty consists in the development of the architecture of hardware and software tools for setting the phases of fuel and air supply based on the principle of feedback control based on the state of the frequency-modulated crankshaft speed signal. An information technology for processing an array of experimental data when isolating a fluctuation signal has been developed. An algorithmic support for monitoring cylinder capacities has been built by solving an overdetermined system of incompatible algebraic equations when setting a vector of cylinder weight coefficients. To find its solution, the least squares method and the Seidel iterative method with zero partial derivatives in the components of the generalized functional were used. As a result of mathematical transformations, a symmetric and positive definite Gram matrix was obtained. An uncertainty limit for the solution of the system of algebraic equations was established, upon reaching which the computational process stops. Practical value. The practical significance lies in the development of algorithmic support for monitoring cylinder capacities with a frequency representation of the fluctuation signal using the transfer functions of mechanical channels and approximated torques. Monitoring cylinder capacities is focused on setting the parameters of a curve that passes through all points of measurement information and smoothest possible emissions due to their uncertainty. The Laplace transform under zero initial conditions was used as a mathematical apparatus for establishing information connections between cylinder torques and the fluctuation signal of the first mass of the crankshaft. A computer simulation scheme of the signal of the uneven rotation of the first mass was built in the Mathcad software environment and its parameters were identified using the method of adjusting the length of information connections.

Alternate abstract:

Мета. Покращення продуктивності апаратно-програмних засобів задання фаз подачі палива й повітря в циліндри двигуна на основі обробки сигналу нерівномірності обертання колінчастого валу. Методика. Дослідження базуються на теорії автоматичного керування й чисельних методах. Результати. Результатами досліджень є: побудова детермінованої математичної моделі двигуна внутрішнього згоряння; опис рухів мас моделі системою лінійних диференціальних рівнянь, параметри якої нормалізовані за допомогою методів теорії подібності; отримання передавальних функцій механічних каналів за допомогою програмного середовища Mathcad і методу визначників. Також встановлено збіг отриманих передавальних функцій і вперше запропоновано подати крутну схему силового агрегату механічною системою з одним ступенем свободи; у програмному середовищі Matlab досліджені частотні характеристики каналу передачі крутних моментів. Встановлена ефективність розробленого прикладного програмного забезпечення. Наукова новизна. Полягає у розробці архітектури апаратно-програмних засобів задання фаз подачі палива на основі використання принципу управління зі зворотним зв'язком за станом частотно-модульованого сигналу швидкості обертання колінчастого валу. Розроблена інформаційна технологія обробки масиву дослідних даних з метою визначення сигналу флуктуацій. Створене алгоритмічне забезпечення моніторингу циліндрових потужностей на основі розв'язання перевизначеної системи несумісних алгебраїчних рівнянь для встановлення параметрів вектору вагових коефіцієнтів циліндрів. Для пошуку її рішення використані метод найменших квадратів та ітераційний метод Зейделя за умови нульових часткових похідних компонентів узагальненого функціоналу. Як наслідок математичних перетворень, отримана симетрична й позитивно визначена матриця Грама. Встановлена межа невизначеності розв'язання системи алгебраїчних рівнянь, при досягненні якої обчислювальний процес зупиняється. Практична значимість. Полягає у розробці алгоритмічного забезпечення моніторингу циліндрових потужностей за частотного подання сигналу флуктуацій із використанням передавальних функцій механічних каналів і апроксимованих крутних моментів. Моніторинг циліндрових потужностей орієнтований на встановлення параметрів кривої, що проходить через усі точки вимірювальної інформації та згладжує можливі викиди за рахунок їхньої невизначеності. Використане перетворення Лапласа за нульових початкових умов в якості математичного апарату встановлення інформаційних зв'язків між крутними моментами циліндрів і сигналом флуктуацій першої маси колінчастого валу. У програмному середовищі Mathcad створена схема комп'ютерного моделювання сигналу нерівномірності обертання першої маси й, на основі використання методу регулювання довжини інформаційних зв'язків, проведена ідентифікація її параметрів.

Full text

Turn on search term navigation

Copyright State Higher Educational Institution "National Mining University" 2025