Разработка систем автоматического регулирования двигателей внутреннего сгорания связана с выполнением большого числа расчетов, целью которых является оценка динамических свойств этих систем — устойчивости и качества работы.

Наиболее доступными являются методы расчетов, основанные на применении линейных дифференциальных уравнений. Часть их изложена в предыдущих разделах настоящей книги.

При линеаризации характеристик элементов системы регули­рования в результатах расчетов неминуемо допускается определен­ная ошибка. Ошибка эта оказывается несущественной, если на­чальное отклонение системы от заданного равновесного режима достаточно мало или статические характеристики элементов близки к линейным.

При анализе динамических свойств систем автоматического регулирования двигателей наибольший интерес вызывает реак­ция системы на полный ?_д = —1 (t) или полный наброс ?_д = +1 (t) нагрузки двигателя. В этом случае одна из крайних точек его регуляторной характеристики соответствует задан­ному равновесному режиму, другая — положению системы в на­чальный момент переходного процесса.

Оценка устойчивости системы регулирования двигателя при подобных возмущениях путем анализа устойчивости ее линейной модели, как правило, дает достаточно надежный результат.

Линейное дифференциальное уравнение, описывающее пере­ходные процессы системы регулирования двигателя, можно ис­пользовать для построения переходных процессов.

Такая оценка качества имеет бесспорную ценность при изуче­нии влияния на переходный процесс того или иного параметра элементов, входящих в систему. При этом сопоставляют два (или больше) теоретически построенных переходных процесса и оценива­ют их изменения на основании изменения исследуемого параметра.

Однако возможность построения переходного процесса, есте­ственно, выдвигает и другой вопрос, связанный с возможностью сопоставления теоретически построенного переходного процесса на базе полностью линейного дифференциального уравнения с пере­ходным процессом, полученным экспериментальным путем на дей­ствующей системе автоматического регулирования. Иными сло­вами, возникает вопрос об оценке достоверности теоретического результата, полученного путем исследования математической мо­дели системы, основанной на линейных дифференциальных урав­нениях.

Чтобы оценить ошибку, которую вносит в расчеты только ли­неаризация нелинейных характеристик элементов системы регу­лирования, можно использовать следующий прием.

При определении параметров элементов в точке заданного равновесного режима подсчитывают большое число частных про­изводных (уклонов) этих характеристик. Предполагают, что как эти частные производные, так и сами параметры (Т_д2², T_д1, k_д._н, Т_р², ?_z и т. д.) в течение всего переходного процесса остаются постоянными. Это предположение оказывается справедливым лишь в одном случае, а именно когда все характеристики элементов яв­ляются линейными. В действительности этого нет, поэтому целе­сообразно построить и сопоставить между собой переходные про­цессы по параметрам, найденным в начальной и конечной точках переходного процесса. Если сопоставление покажет, что существен­ной разницы в переходных процессах не существует, можно сде­лать вывод, что влияние нелинейностей характеристик элементов на конечный результат невелико.

Однако более надежный результат можно получить, если со­поставить теоретически (расчетные) переходные процессы с экс­периментальными.

Такое сравнение было проведено применительно к системе прямого регулирования дизеля Д6Н. При расчетах и эксперимен­тах принималось, что точка D (рис. 282) заданного (конечного) равновесного режима находилась на предельной регуляторной характеристике, а исходными точками переходных процессов яв­ляются точки А, А', А" и А"'. Возмущение в систему регулиро­вания вносилось мгновенной перестановкой рычага управления регулятора. Сопоставление теоретических переходных процессов частоты вращения коленчатого вала п = f (t), частоты вращения ротора турбокомпрессора п_к = f (t) и положения рейки топлив­ного насоса h = f (t) (рис. 283) с экспериментальными (кружочки) показывает хорошее качественное и количественное совпадение лишь в переходном процессе от А"' к D (рис. 282) между ближай­шими точками. Удовлетворительное совпадение получилось в пере­ходном процессе от А" к D, и заметное искажение действительности дали переходные процессы А' к D и от A к D.

Следовательно, по мере увеличения начального отклонения регу­лируемого параметра отточки конечного установившегося режима наблюдается все большее расхождение в протекании этих кривых.

Результат, полученный для конкретной системы прямого ре­гулирования транспортного дизеля, конечно, нельзя механически распространить на все другие случаи, однако можно предположить, что удовлетворительная сходимость с экспериментальными данными может иметь место, если начальное отклонение от заданного рав­новесного режима (точка D на рис. 282) не превышает 10—15%.

Таким образом, при анализе динамических качеств, по край­ней мере систем прямого регулирования двигателей внутрен­него сгорания, с помощью полностью линеаризованных дифферен­циальных уравнений можно получить результат, достаточно близ­кий к действительности не только по устойчивости, но и по ка­честву работы этой системы. При этом имеется в виду, что в си­стему регулирования не входят элементы, имеющие явно нели­нейные характеристики. К числу таких нелинейных элементов можно отнести гидравлические серводвигатели с положительными перекрышами в золотнике, чувствительный элемент с большой зоной нечувствительности, элементы с зазорами в подвижных сочленениях и сухим трением и т. д.