Введение к работе
Снижение стоимости и повышение качества элементов и устройств вычис-ительной техники и систем управления привело к их массовому применению в втотранспорных средствах (АвТС). В связи с этим возрастают требования к ка-еству источников электрической энергии. К таким источникам энергии в АвТС тносятся генератор и аккумуляторная батарея, совместно обеспечивающие все ютребности в электрической энергии. Кроме того, при неработающем двигате-:е источником энергии на АвТС является только аккумуляторная батарея, от :оторой работают все потребители электрической энергии и осуществляется ращение вала двигателя внутреннего сгорания при запуске его с помощью тартера.
Эксплуатационные характеристики и срок службы аккумуляторной батареи ; сильной степени зависят от таких случайных воздействий среды, как темпера-ура, электрический ток потребителей и зарядного напряжения. Температурные юздействия на аккумуляторную батарею зависят от случайных изменений ок-іужающей среды и температуры двигателя АвТС. Величины электрического ока определяются случайными моментами включения случайного числа все-юзможных потребителей.
В настоящее время согласованная работа генератора, аккумуляторной ба-ареи и потребителей энергии осуществляется регуляторами напряжения гене->атора переменного тока АвТС. Регуляторы напряжения, устанавливаемые на \вТС, отличаются низкой эффективностью регулирования напряжения заряда іккумуляторной батареи из-за неоптимальности своих передаточных характери-.тнк и лишь частичного учета всего многообразия внешних воздействий. Регу-іируемое ими напряжение стабилизируется на одном уровне, величина которо-о выбирается из компромисса между потребностями аккумуляторной батареи и нтгимальным напряжением питания остальных потребителей. Известные усо-іершенствования регуляторов, с учетом температурных воздействий на аккуму-шторную батарею, в тоже время не учитывают подключаемые случайным обра-юм потребители энергии.
Сказанное определяет актуальность решаемой в работе проблемы разработки алгоритмических методов и систем обеспечения оптимального зарядного іапряжения на аккумуляторную батарею автотранспортных средств на основе ювместного учета температурных воздействий и тока подключаемых случай» шм образом потребителей электрической энергии.
Целью диссертации является повышение срока службы аккумулятора у потребителей энергии в системе энергоснабжения автотранспортных средств зг счет оптимизации напряжения заряда в зависимости от температурных воздействий и потребителей энергии.
Задача научного исследования состоит в разработке и исследовании методов и средств оптимизации системы регулирования напряжения в бортсети автотранспортного средства. Для достижения указанной цели в диссертации рассматриваются следующие задачи:
создание математических моделей случайных температурных воздействий нг аккумуляторную батарею и зарядного напряжения аккумуляторной батареи і зависимости от температурных и прочих воздействий;
разработка критериев и выбор метода оптимизации зарядного напряжения ;
оптимизация зарядного напряжения при внешних температурных воздействиях с учетом потребителей энергии;
исследование динамических режимов работы контура регулирования напряжения, определение критериев устойчивости;
разработка и исследование системы оптимизации зарядного напряжения аккумулятора автотранспортного средства
Основные методы исследования. При решении поставленных в работе задач использован следующий математический аппарат: методы общей теории дифференциальных уравнений с применением аппарата преобразования Лапласа, точные численные методы расчета на ЭВМ по линеаризованным математическим моделям, эмуляция устройства на ЭВМ в реальном масштабе времени, обработка статистических данных с использованием полигауссовых моделей, Экспериментальные исследования производились на созданной автором экспериментальной автоматизированной установке и на автотранспортном средстве (автомобиле).
Научная новизна исследования представлена следующими результатами:
- разработаны математические модели случайных температурных воздействий
на аккумуляторную батарею и срока службы аккумуляторной батареи от тем
пературы и напряжения. Установлена нелинейная зависимость срока службы
аккумуляторной батареи от температуры и напряжения заряда, а так же что
температурные воздействия на аккумулятор сильно зависят от режима экс
плуатации АвТС;
разработаны критерии и принципы оптимизации; показано, что основным критерием может являться надежность или обобщенные затраты на эксплуатацию электрооборудования АвТС;
исследованы динамические характеристики системы энергоснабжения АвТС, определены ее передаточные характеристики и передаточные характеристики ее элементов и определены условия устойчивости системы;
разработан регулятор напряжения с зависимостью выходного напряжения от температуры и тока осветительных приборов.
Достоверность результатов работы, корректность выполненного анализа тредложенных математических моделей объекта исследования подтверждена иоделированием системы регулирования напряжения на ЭВМ с использованием предложенных алгоритмов и программ и сравнением полученных результатов с экспериментальными.
Практическая ценность работы состоит в следующем:
разработаны методики, алгоритмы и программы расчета на основе моделей термовоздействий на аккумуляторную батарею и срока службы аккумулятора, которые могут служить эффективным средством создания систем оптимизации напряжения и позволяющие определять ресурс аккумулятора при разных вариантах регулирования напряжения;
оптимизация напряжения заряда исходя из выбранных надежностных либо затратных критериев позволяет увеличить срок службы аккумуляторной батареи;
найдены условия устойчивости системы регулирования зарядного напряжения, что позволило значительно увеличить устойчивость системы при регулировании напряжения в зависимости от температурных воздействий и тока потребителей энергии;
разработан регулятор напряжения, с выходной зависимостью напряжения от температуры и от случайного подключения потребителей энергии к генератору, новизна и полезность которого подтверждена патентом Российской Федерации, который позволяет продлить срок службы аккумуляторной батареи и значительно сократить затраты на обслуживание и ремонт системы энергоснабжения, при общем повышении надежности ее элементов;
разработана автоматизированная система проведения экспериментов по работе бортовых потребителей в условиях возмущающих воздействий окру-
жающей среды, которая позволяет так же эмулировать систему оптимизавд зарядного напряжения.
Внедрение результатов работы. В соответствии с конечными результатам научными выводами и рекомендациями предложены, практически опробован и внедрены следующие образцы техники:
Учебная лабораторная установка по курсам "Микропроцессоры в измер тельной технике" и "Автоматизированные системы измерения, контроля и д агностики" в лаборатории кафедры Теоретической радиоэлектроники КГТУ и А.Н. Туполева.
Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались обсуждались на научно-технических конференциях Казанского государственн го технического университета (КАИ) в 1994, 1996, 1998 г. (г. Казань); научн технической конференции "XXI Гагарігаские чтения". Московского государе венного технического университета в 1996г (г. Москва), 2-ой ВНТ "Электроника и информатика" ноябрь 1997г..
Публикации. По теме диссертации опубликовано 6 печатных работ и пол чено положительное решение по заявке на патент Российской Федерации.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех ра делов и заключения, содержит 132 страницы, 6 таблиц, 37 рисунков, список и пользованной литературы и 2 приложения на 8 страницах. Общий объем работ составляет 140 страниц.
