анализ сигналов вибрации двигателя внутреннего сгорания

VII Всероссийская конференция «Научная инициатива иностранных студентов и
аспирантов российских вузов»
4.422 ⋅ 10−5 z 3 + 3.313 ⋅ 10−4 z 2 + 2.187 ⋅ 10−4 z + 1.268 ⋅ 10−5
Wзс ( z ) =
z 4 − 2.67 z 3 + 2.5z 2 + 0.9446 z + 0.1247
Видно, что исследуемая импульсная система с заданными
параметрами является устойчивой c большими перерегулированием и
колебательностью.
Заключение
Исследование следящей системы с комбинированным управлением
было проведено с помощью математических методов и программного
пакета Labview, показано применение пакета прикладных программ
LABVIEW с модулями расширения Control Design и MathScript.Данная
работа является методическими указаниями по изучению и применению
программной среды LABVIEW и её модулей для решения задачи теории
автоматического управления.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
Тревис Дж. Labview для всех. –М.: ДМК Пресс, 2005. -544 с.
Е.М. Яковлева, С.В. Замятин Теория автоматического управления
“Курсовая работа”. – Томск: Изд. ТПУ, 2009 - 115 с.
Introduction to Control Design and Simulation using LabVIEW, By:
Erik Luther, Rice University, Houston, Texas
Жуков К. Г. Модельное проектирование встраиваемых систем в
LabVIEW. –М.: ДМК Пресс, 2011. – 688 с.
Cybernetics theory with mathscript examples, By: Hans-Petter
Halvorsen, M.Sc. Telemark University College
АНАЛИЗ СИГНАЛОВ ВИБРАЦИИ ДВИГАТЕЛЯ
ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ
Ле Ван Туан
Научный руководитель: Казьмин В.П
Томский политехнический университет, г. Томск
В настоящее время наблюдается значительный рост числа
автомобилей. В этой связи остро встаёт ряд проблем, связанных с
загрязнением окружающей среды, выбросами двигателей внутреннего
сгорания (ДВС), безопасности эксплуатации, экономии топлива и т.д.
Со временем в процессе эксплуатации из-за износа и возникновения
различных неисправностей параметры работы ДВС начинают
превышать эксплуатационные пределы.
241
VII Всероссийская конференция «Научная инициатива иностранных студентов и
аспирантов российских вузов»
ДВС является самой важной частью современного автомобиля.
Двигатель – энергетическая машина, преобразующая тепловую
энергию, выделяющуюся в результате сгорания топлива в
механическую работу, рис. 1[1].Двигатель внутреннего сгорания
состоит из механизмов и систем, выполняющих определенные функции
[1-2].
Рис.1 Устройство карбюраторного двигателя
1-шестерни привода распределительного вала; 2-распределительный вал;3толкатель; 4-пружина; 5-выпускная
труба; 6-впускная труба; 7-карбюратор;
8-выпускной клапан; 9-провод; 10-свеча; 11-впускной клапан; 12-головка
цилиндра; 13-цилиндр; 14-водяная рубашка; 15-поршень; 16-поршневой палец; 17шатун; 18-маховик; 19-коленчатый вал; 20-поддон картера.
Типичными неисправностями ДВС являются следующие:
увеличенные зазоры клапанов, износ сальников клапанов или
направляющих клапанов, износ или повреждение привода
распределительного вала, уменьшение компрессии в результате износа
цилиндропоршневой группы и т.д. [3].На текущий момент времени
разработано много способов диагностики неисправностей ДВС,
например: по составу выхлопных газов, по шумам, издаваемым ДВС в
процессе
работы
и
т.д.[4].Разработаны
и
используются
специализированные
компьютеризированные
диагностические
комплексы (мотортестеры)[4].Для диагностики неисправностей ДВС
используются различные методы, в том числе частотного анализа
242
VII Всероссийская конференция «Научная инициатива иностранных студентов и
аспирантов российских вузов»
сигналов вибрации. Применение этого метода имеет свои ограничения
из-за ряда особенностей работы ДВС - сигналы вибрации сильно
зашумлены. В этой связи разработка новых и совершенствование
известных методов для анализа таких сигналов является актуальной
задачей.
В данной работе приведен пример использования частотновременного корреляционного подхода при исследовании сигналов
вибрации ДВС[5].
Частотно-временная
корреляционная
функция
позволяет
установить взаимосвязь сигналов не только во временном домене, а
также и в частотном. Автокорреляционная функция, используя
преобразование Фурье, находится по следующему выражению:
K (τ ) = F −1  F ( xi ) F * ( xi )  ,
где F – прямое дискретное преобразование Фурье сигнала xi , F –
комплексно-сопряженное значение результатов прямого дискретного
−1
преобразования, F – обратное дискретное преобразование Фурье.
*
Согласно [6] перед вычислением произведения F ( xi ) F ( xi )
*
=
, k 0, ... , m − 1 , при этом
предварительно формируют m его копий M
весь спектр кроме k -ой части обнуляется. В результате обратного
преобразования Фурье каждой из этих копий получают частотновременную автокорреляционную[6].
Для исследования возможности использования данного подхода
применительно к анализу работы ДВС были исследованы сигналы
вибрации двигателя K20- Honda. Основная задача, поставленная при
исследовании сигналов, заключалась в обнаружении периодических
сигналов. Такие сигналы в процессе работы ДВС могут создавать
цилиндры, система сглаживания, коленчатый вал, и другие.
Возможность выделения таких сигналов открывает возможность
анализа особенностей работы ДВС и возможных причин неисправности.
Наиболее простым параметром, характеризующим работу ДВС является
частота вращения коленчатого вала.
Сигналы вибрации исследуемого двигателя были получены с
использованием вибропреобразователя ДН-3, с частотой дискретизации
44100 Гц. C помощью штатного тахометра автомобиля была выставлена
частота вращения коленчатого вала 3000 (об/мин). Результаты
исследования сигналов полученных при указанной частоте вращения
приведены на рисунках 2 и 3.На рисунке 2 приведена
автокорреляционная функция, рассчитанная классическим способом.
Основным недостатком, которой является отсутствие информации о
k
243
VII Всероссийская конференция «Научная инициатива иностранных студентов и
аспирантов российских вузов»
частотных свойствах анализируемых сигналов. Анализ полученной
функции затруднителен. На рисунке 3 приведен график частотновременной корреляционной функции. Анализ полученных частотновременных корреляционных функций позволил определить частоту
вращения коленчатого вала равную2985 об/мин.Полученный результат
близок к показаниям тахометра. Незначительная погрешность в
определении частоты вращения может быть обусловлена погрешностью
определения частоты вращения по показаниям штатного тахометра.
Таким образом, предложенный поход можно применять для
определения периодических составляющих сигналов вибрации ДВС.
Рис. 2. Автокорреляционная функция анализируемого сигнала
Рис. 3. Частотно-временная автокорреляционная функция анализируемого
сигнала
244
VII Всероссийская конференция «Научная инициатива иностранных студентов и
аспирантов российских вузов»
Рис. 4. 3D график частотно-временной корреляционной функции
Вывод
В работе рассмотрена структура ДВС, различные методы
диагностики состояния ДВС и способ применения частотно-временного
корреляционного анализа при исследовании сигналов вибрации ДВС.
Проведен эксперимент для проверки возможности использования этого
подхода на двигателе K20- Honda на примере определения частоты
вращения коленчатого вала.
1.
2.
3.
4.
5.
CПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
М.В. Мухина, В.В.Г лебов, И.А. ГригорьеваУстройство
автомобиля. Ч1. Общее устройство автомобиля. Н.Новгород: НГПУ, 2007. 43с.
В.К. Вахламов, М.Г. Шатров, А.А. Юрчевский Автомобили:
теория и конструкция автомобиля и двигателя. – М:
Издательский центр «Академия», 2003. – 816 с.
Автошкола [Электронный ресурс]. Основные неисправности
двигателей
внутреннего
сгорания.
URL:
http://www.autoshcool.ru/2334-osnovnye-neispravnostidvigateley-vnutrennego-sgoraniya.html
(датаобращения:
10.03.2014).
Серия: слесарь по ремонту автомобилей. Двигатель
внутреннего сгорания, Часть 2. «Ремонт двигателя
внутреннего
сгорания.
Диагностика
».
URL:
www.rtsh.ru/doc/gas_engin.pdf (дата обращения: 20.02.2014).
В.С. Аврамчук, В.П. Казьмин Анализ сигналов вибрации
двигателя внутреннего сгорания// Известия Томского
245
VII Всероссийская конференция «Научная инициатива иностранных студентов и
аспирантов российских вузов»
политехнического университета. – 2013. – Т. 323. – № 5. – C.
69–73.
6. Аврамчук В.С. Определение наличия гармонических
составляющих и их частот в дискретных сигналах на основе
автокорреляционной функции // Известия Томского
политехнического университета. – 2012. – Т. 321. – № 5. – C.
113–116.
АРХИТЕКТУРНЫЙ ПРОЕКТ
«МНОГОФУНКЦИОНАЛЬНЫЙ ЖИЛОЙ КОМПЛЕКС В
УСЛОВИЯХ РЕКОНСТРУКЦИИ В ГОРОДЕ ИРКУТСКЕ»
Ле Куанг Тхань
Научные руководители: С. А. Макотина, В.И. Марков
Иркутский государственный технический университет
Иркутск один из самых больших и важных городов Восточной
Сибири, а также наиболее быстро развивающийся город в данном
регионе. Население Иркутска равно 606 137 человек (на 2013год),
общая площадь 306,4 км2. Сегодня Иркутск называется городом с
мультинаправленным развитием. Богатая история и культура это
наиболее сильные стороны в дальнейшем развитии архитектуры города.
Важной задачей и главной целью градостроителей и застройщиков
города Иркутска должно быть сохранение и защита его архитектурного
наследия.
Тема проекта: "Многофункциональный жилой комплекс в условиях
реконструкции в городе Иркутске"
Рис.1. Ситуационная схема.
Рис.2. Схема улиц и территория для
проектирования
Территория для проектирования находится в Октябрьском
административном округе города Иркутска. Участок под застройку
246