satНАУКА и ТЕХНИКАScience & Technique2227-10312414-0392Belarusian National Technical University10.21122/2227-1031-2017-16-1-28-37sat-976Research ArticleМАШИНОСТРОЕНИЕMECHANICAL ENGINEERINGЭЛЕКТРОННОЕ УПРАВЛЕНИЕ ТОПЛИВОПОДАЧЕЙ ДИЗЕЛЬНОГО ДВИГАТЕЛЯ НА ОСНОВЕ ПРОГРАММНОГО ПИД-РЕГУЛИРОВАНИЯELECTRONIC CONTROL FOR FUEL SUPPLY OF DIESEL ENGINE ON THE BASIS OF PROGRAMMABLE PID-REGULATORБахановичА. Г.BakhanovichA. G.

Доктор технических наук, доцент

Associate Professor, PhD in Engineering

avto_atf@bntu.byКусякВ. А.KusyakV. A.

Кандидат технических наук, доцент 

Адрес для переписки: Кусяк Виктор Анатольевич – Белорусский национальный технический университет, ул. Я. Коласа, 12, 220013, г. Минск. Тел.: +375 17 292-82-05    avto_atf@bntu.by

Associate Professor, PhD in Engineering 

Address for correspondence: Kusyak Victor A. – Belarusian National Technical University, 12 Ya. Kolasa str., 220013, Minsk. Tel.: +375 17 292-82-05    avto_atf@bntu.by

avto_atf@bntu.byГуринА. Н.GurinA. N.

Магистр технических  наук

Master of Engineering

avto_atf@bntu.byЛеВан НгиаLeVan Ngia

Магистр технических  наук

Master of Engineering

avto_atf@bntu.byБелорусский национальный технический университетБеларусьBelarusian National Technical UniversityBelarus2017310120171612837Copyright © Баханович А.Г., Кусяк В.А., Гурин А.Н., Ле В., 20172017Баханович А.Г., Кусяк В.А., Гурин А.Н., Ле В.Bakhanovich A.G., Kusyak V.A., Gurin A.N., Le V.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://sat.bntu.by/jour/article/view/976

Представлена принципиальная схема электронного управления дизельным двигателем внутреннего сгорания стандарта Euro-3, описана программно-аппаратная платформа пневматического привода регулятора топливного насоса высокого давления, позволяющая реализовать электронное управление топливоподачей дизельного двигателя КамАЗ-740. В основу концепции электронного управления положена стратегическая зависимость углового положения рычага регулятора топливного насоса высокого давления от углового перемещения электронной педали акселератора. Реализацию указанной зависимости осуществляли путем подачи модулированного широтно-импульсного сигнала определенной скважности от контроллера на обмотку пропорционального электромагнитного клапана, отвечающего за величину давления сжатого воздуха в рабочей полости силового пневмоцилиндра, шарнирно соединенного с рычагом регулятора топливного насоса высокого давления. При этом в цепь управления вводили обратную связь по положению рычага регулятора топливного насоса высокого давления, а управление оборотами коленчатого вала двигателя осуществляли с использованием программного ПИД-регулятора непрерывного действия. Разработанная стратегия дает возможность в режиме реального времени отследить отклонение регулируемого параметра от заданной величины и практически мгновенно выработать управляющее воздействие на исполнительные механизмы для устранения этого отклонения, обеспечивая минимальное время переходного процесса. Настройку параметров регулятора (пропорциональной, интегральной и дифференциальной составляющих) производили эмпирическим путем с использованием классического метода Циглера – Никольса, основанного на анализе запаса устойчивости системы автоматического регулирования. Приведены результаты расчета коэффициентов пропорционального интегрально-дифференциального регулятора, а также осциллограммы полунатурного эксперимента по апробации предложенной стратегии управления топливоподачей дизельного двигателя с использованием средств визуализации CoDeSys V2.3.

The article presents a schematic diagram of the Euro-3 diesel engine electronic control and describes hard- and software platform of the high pressure fuel pump pneumatic actuator control that allows to realize the concept of electronic fuel supply control of diesel engine KamAZ-740. The strategic dependence beetwen the angular position of fuel pump governor lever and the angular position of electronic accelerator pedal were put on the basis of electronic control concept. Implementation of this dependence was carried out by applying a modulated PWM signal with determined duty cycle by the controller to the coil proportional solenoid valve, which is responsible for the amount of air pressure in the working chamber of the power air cylinder, connected by articulated-type to the governor lever of the high pressure fuel pump. In this case, the feedback control by position of governor lever of the high pressure fuel pump was introduced in the control circuit, but engine crankshaft speed control was carried out using a software continuous PID governor. Developed strategy gives possibility to track the deflection  of control parameter from a predetermined value by real-time and almost instantly, to make a control action on actuators to eliminate this deflection, while providing a minimum time of transition. Governor’s setting (proportional, integral and differential component) performed empirically using the classical Ziegler – Nichols method, based on the analysis of the safety factor of automatic control system. The results of calculating the coefficients of proportional integral-differential regulator and oscillograms HIL experiment on testing the proposed diesel engine throttle control strategies using visualization CoDeSys V2.3 are given in activity.

дизельный двигательэлектронное управлениетопливоподачапрограммно-аппаратная платформаПИД-регулированиеобратная связьШИМ-сигналdiesel engineelectronic controlfuel supplyhardware and software platformPID-regulatorPWM-signalReferencesИнтеллектуальная система управления стенда автоматизированного силового агрегата автомобиля / О. С. Руктешель [и др.] // Весцi Нацыянальнай акадэмii навук Беларусі. Серыя фізiка-тэхнiчных навук. 2009. № 4. С. 31–36.Rukteshel O. S., Solomakho V. L., Filimonov A. A., Kusiak V. A. (2009) Intellectual control system for test bench of automobile automatic power-transmission plant. Izvestiia Natsional'noi akademii nauk Belarusi. Ser. fiziko-tekhnicheskikh nauk [Proceedings of the National Academy of Sciences of Belarus. Physico-technical series], (4), 31–36 (in Russian).MT Series Mechatronic Throttle Pedal with vSENSETM Technology [Electronic resource] // Konsberg Automation Gmbh, 2009. Mode of access: http://www.controlsandcables.com/assets/Uploads/Throttle-Pedals-MT-Series.pdf.. Date of access: 20.07.2012.MT Series Mechatronic Throttle Pedal with vSENSETM Technology. Konsberg Automation Gmbh, 2009. Available at: http://www.controlsandcables.com/assets/Uploads/Throttle-Pedals-MT-Series.pdf. (accessed: 20 July 2012).Шило, И. Н. Электронные системы мобильных машин / И. Н. Шило, А. И. Бобровник, В. Г. Левков. Минск: Белор. госуд. аграрный техн. ун-т, 2013. 320 с.Shilo I. N., Bobrovnik A. I., Levkov V. G. (2013) Electronic systems of mobile machines. Minsk, Belarusian State Agrarian Technical University. 320 (in Russian).Autoelektrik, Autoelectronik / Robert Bosch GmbH. Springer, 2002. 503 p.Robert Bosch GmbH (2002) Autoelektrik, Autoelectronik. Springer. 503. doi:10.1007/978-3-322-91560-3Электронная педаль Глобал управления подачей топлива серии МТ [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://kopa.ru/netcat_files/instr/MT_Series.pdf. Дата доступа: 21.07.2012.Electronic Global pedal for fuel supply control, MT series. Available at: http://kopa.ru/netcat_files/instr/MT_Series.pdf. (accessed: 20 July 2012) (in Russian).Устройства для регулирования давления и расхода [Электронный ресурс] // SMC Corporation – пневматика, гидравлика, вакуумная техника, контроллеры. Mode of access: http://www.smc-pneumatik.ru/cat.php?sub=89. Date of access: 31.06.2012.Pressure and consumption regulating-devices. SMC Corporation – pneumatics, hydraulics, vacuum equipment, controllers. 2006. Available at: http://www.smc-pneumatik.ru/cat.php?sub=89. (accessed: 31 Juny 2012) (in Russian).System Manual Ecomat Mobile Controller Range R360 for CoDeSys from Version 2.3 and Target Version 04.xx.xx / Ifm Electronics Gmbh. Germany, Essen, 28.07.2006.System Manual Ecomat Mobile Controller Range R360 for CoDeSys from Version 2.3 and Target Version 04.xx.xx. Ifm Electronics Gmbh, Germany, Essen, 28.07.2006.Кусяк, В. А. Исследование динамики дизельного двигателя при электронном управлении моторным тормозом / В. А. Кусяк // Изобретатель. 2014. № 09. С. 45–48.Kusyak V. A. Investigations on dynamics of diesel engine during electronic control of engine brake. Izobretatel [Inventor], (9), 45–48 (in Russian).SAE International TM: Surface Vehicle Recommended Practice. J1939-71: Vehicle Application Layer. SAE Truck and Bus Control and Communications Network Subcommittee, 2003. 379 р.SAE International TM: Surface Vehicle Recommended Practice. J1939-71: Vehicle Application Layer. SAE Truck and Bus Control and Communications Network Subcommittee, 2003. 379.Реализация концепции электронного управления при автоматизации дизельного двигателя с механической топливоподачей / А. Г. Баханович [и др.] // Новости науки и технологий. 2015. № 1 (32). С. 11–18.Bakhanovich A. G., Rukteshel O., Kusyak V., Gurin A. (2015) Realization of conception on electronic control during automation of diesel engine with mechanical fuel supply. Novosty Nauki i Tekhnologiy [News of Science and Technology], (1), 11–18 (in Russian).Руководство пользователя по программированию ПЛК в CoDeSys V2.3. Смоленск: Пролог, 2008. 452 с.Operating manual for PLC programming in CoDeSys V2.3. Smolensk, Prolog Publ., 2008. 452 (in Russian).John, Karl-Heinz. IEC 61131-3 Programming Industrial Automation Systems: Concepts and Programming Languages, Requirements for Programming Systems, AIDS to Decision-making Tools / Karl-Heinz John, Michael Tiegelkamp. New York: Springer, 2001. 376 р.John, Karl-Heinz, Tiegelkamp M. (2001) IEC 61131-3 Programming Industrial Automation Systems: Concepts and Programming Languages, Requirements for Programming Systems, AIDS to Decision-making Tools. New York Springer. 376. doi:10.1007/978-3-662-07847-1Ziegler, J. G. Optimum Settings for Automatic Controllers / J. G. Ziegler, N. B. Nichols // Journal of Dynamic Systems, Measurement, and Control. 1993. Vol. 115, №2B, 220-222.Ziegler J. G., Nichols N. B. (1993) Optimum Settings for Automatic Controllers. Journal of Dynamic Systems, Measurement, and Control, 115 (2B), 220-222. doi:10.1115/1.2899060Digitale Regelung und Steuerung in der Versorgungstechnik (DDC-GA) / S. Baumgarth [et al.]. Berlin: Springer-Verlag, 1993. 450 p.Baumgarth S., Karbach A., Otto D., Schernus G. P., Treusch W. (1993) Digitale Regelung und Steuerung in der Versorgungstechnik (DDC-GA). Berlin, Springer-Verlag. 450 (in German).

The authors declare that there are no conflicts of interest present.