О тепловозах!

[E69]

Ну смотря какая задача у нас стоит. Полный набор это 15 воздействий, тут вопрос о темпе надо задать тому, кто держал контроллер. А если нас интересует отклик системы на "ступеньку" (будь то изменение позиции либо нагрузки) - то переходный процесс имеет свою постоянную времени, скорее всего, не так уж сильно меняющуюся от позиции к позиции.

[Прохорчук]

Сообщение от E69

Ну смотря какая задача у нас стоит. Полный набор это 15 воздействий, тут вопрос о темпе надо задать тому, кто держал контроллер. А если нас интересует отклик системы на "ступеньку" (будь то изменение позиции либо нагрузки) - то переходный процесс имеет свою постоянную времени, скорее всего, не так уж сильно меняющуюся от позиции к позиции.

За контроллер держался (повезло). Задача стоит описать формулами, чтобы код написать (осложняется тем, что ни разу не математик, но я работаю над этим).
Если плавный набор, то я так понимаю при исправном дизеле не более 3 секунд между позициями, а при 1-15, то да, тут уже долго будет.

[E69]

Именно, если на каждой по 2-3 секунды, то суммарно будет 30-40 + "хвост" с выходом на полную мощность в конце.

Если формулами, то программируется довольно просто, буквально в две строчки:

1. Вычисляем установившееся значение (скорости/мощности/наддува), которое будет достигнуто в будущем при неизменных внешних условиях. Зависит от позиции и внешней нагрузки.

2. Вычисляем, насколько за шаг расчета текущее значение приблизится к установившемуся.
Оно приблизится на величину = (расстояние между текущим и установившимся значениями) * (длительность шага расчета) / (постоянную времени).

Например:

dieselSpeedStationary = 1000 + Position * 200; // установившаяся (stationary) скорость = скорость холостого хода + 200 оборотов на позицию
dieselSpeedActual = dieselSpeedActual + (dieselSpeedStationary - dieselSpeedActual) * dt / 7;
// мгновенная (actual) скорость постепенно приближается к установившейся
// dt - сколько секунд прошло с предыдущего пересчета, условно, 1/FPS - надо вытащить из среды симуляции
// 7 секунд - это постоянная времени процесса, можно потом подстроить экспериментально

[Toman]

Сообщение от Toman

На ТЭП70 сделали ещё особую аномалию - между 1 позицией (равной по оборотам нулевой) и 2 огромный прыжок по оборотам, и дальше уже от 2 до 15 соотв. всё идёт с несколько уменьшенным шагом.

Согласно некоторым другим источникам, большой скачок оборотов или что-то в таком роде между 2 и 3 позициями. М.б. это по-разному на тепловозах с разными типами регуляторов?

[Toman]

Сообщение от TRam_

Думаю этого графика будет достаточно (из http://scbist.com/scb/uploaded/teplovozy/d49_46.html):



48 секунд.

Это 48 секунд в версии с равномерной разбивкой оборотов по позициям.
При неравномерной там около 30 секунд на достижение номинальных оборотов и давления наддува. Задержка роста мощности до номинальной ещё секунд на 15 не знаю чем объясняется - думаю, только тем, что регулятор так замедленно прибавляет нагрузку, поскольку был изначально рассчитан на более медленную раскрутку дизеля, а так-то вроде ничто не мешало бы уже на 30 секундах выдавать номинальную мощность.

Кстати, глава по этой ссылке, кажется, как раз отвечает на вопрос, зачем в принципе у ТЭП70 сделали этот большой скачок оборотов (хотя, впрочем, это и так понятно, но тут вот как раз сравнение с графиками и цифрами). Видимо, эта самая "неравномерная разбивка оборотов по позициям" - это как раз оно и есть, в том или ином виде пошедшее в серию на серийных ТЭП70 (всех, с самого начала, с т.е. 0008, или только с какого-то номера?) Однако тут не описана ни сама эта разбивка в цифрах, ни то, каким образом это технически реализовано в объединённом регуляторе.

В более-менее новых книжках по ТЭП70БС и иже с ними, у которых регуляторы, конечно, электронные, приводится разбивка по позициям примерно такого вида, что на 0 и 1пк 350 об/мин, на 2пк 550 об/мин, а дальше идёт прирост примерно по 35 об/мин на каждую позицию.

Но в сравнительно недавно выложенном видео машиниста из Петрозаводска (на канале "Профессия машинист") из поездки на классическом ТЭП70 прямым текстом сказано (и чётко видно/слышно), что скачок оборотов и "медведь" происходят именно со 2 на 3 позицию. А между 1 и 2 позициями обороты и звук дизеля вообще как будто совсем не меняются.

[Toman]

На самом деле, меня давно удивляет то, что "базовым" вариантом считается равномерный шаг частоты вращения по позициям. Дело в том, что реализовать такой при помощи механического центробежного регулятора - штука довольно нетривиальная.

Смотрим, как говорится, в простейший школьный курс физики. Центробежный регулятор работает на балансе силы затяжки всережимной пружины с силой, необходимой для удержания положения вращающихся грузов. Школьный курс физики сообщает нам, что центростремительное ускорение пропорционально квадрату угловой скорости, т.е. и частоты вращения, так же пропорциональна и необходимая для баланса сила пружины. Также школьный курс физики говорит, что сила пружины - если это обычная пружина без специальных ухищрений - прямо пропорциональна её деформации. Затяжкой всережимной пружины управляют (через посредство гидростатического сервопривода) при помощи системы из 3 или 4 электромагнитов и рычагов, которые в типичном случае, как я уже говорил выше в теме, составляют по сути двоичный цифроаналоговый преобразователь, а чтобы он работал нормально, выдаваемые им смещения должны быть равномерными (иначе просто не получится построить ровную последовательность из двоичных комбинаций включённых электромагнитов).

Таким образом, если не ввести дополнительных нелинейных ухищрений, а просто деформировать обычную пружину равными шагами, какие выдают нам комбинации электромагнитов, то равными шагами должен был бы меняться квадрат оборотов дизеля, а сами обороты менялись бы как корень квадратный чего-то прибавляющегося ровными шагами. Т.е. шаг оборотов на низких позициях естественным образом был бы большим, а дальше постепенно уменьшался. И это, внезапно, оказалось бы в общих чертах похожим на то, чего добивались искусственным введением неравномерности шага оборотов по позициям: быстрый набор оборотов до средних на низких позициях, под малой нагрузкой, для более быстрой раскрутки турбокомпрессора, и более мелкие шаги оборотов уже на высоких позициях, под более высокой нагрузкой.

Да, сделать шаг оборотов по позициям линейно-равномерным всё-таки можно (и это, очевидно, и сделано, и считается дефолтным "обычным" вариантом на большинстве советских, по крайней мере, тепловозов). Для этого нужно ввести где-то нелинейную - в данном случае, квадратичную, зависимость, которая бы соответствовала квадратичной зависимости центростремительного ускорения/центробежной силы. Можно такую зависимость реализовать в рычажной системе, сделав соответствующим образом нелинейными шаги сжатия пружины. Можно вместо этого сделать нелинейной и саму пружину, если сделать её так, чтобы по мере сжатия у неё постепенно смыкалась всё бОльшая часть витков.

(Кстати, оба эти способа введения нелинейности использовались в разное время в задней подвеске мотоциклов: в более ранний период были популярны такие пружины с неравномерной намоткой витков (но это было не очень хорошее решение, т.к. раннее смыкание части витков очень снижает энергоёмкость такой подвески и способствует перегрузке и поломке пружин при сильных ударах), затем стали популярны рычажные системы "прогрессии", в которых обычная пружина работает целиком, в паре с амортизатором, а нелинейность характеристики обеспечивается изменением углов в рычажном механизме).

Схема устройства тепловозных регуляторов как будто бы намекает, что там обычно используется вариант с хитрой пружиной, у которой нелинейность обеспечивается то ли постепенным смыканием части витков, то ли постепенным опиранием витков на упор, с уменьшением в любом из этих случаев длины работающей части пружины...

[E69]

Рассчитать комбинации магнитов или форму рычага, чтобы получать усилие с неравномерным шагом - задача, в принципе, решаемая.

Первично все-таки то, какие тяговые характеристики нужно сформировать. Решили, что при равной скорости силу тяги (или наоборот, скорость при заданной силе) надо менять все-таки равными долями. Хотя, учитывая, что силы сопротивления растут быстрее, чем скорость, расстояние между высшими позициями могло бы быть немного побольше.

А отсюда уже ТЗ на усилие в регуляторе.

[TRam_]

Сообщение от Toman

...в версии с равномерной разбивкой оборотов по позициям...
Задержка роста мощности до номинальной ещё секунд на 15 не знаю чем объясняется

На графике видно запоздание давления наддува, рост начинается только с 30 секунды.

И ещё - по тому же графику "наброса нагрузки", пока нагрузки на дизель (усилия на коленвале дизеля) нет, и давления наддува тоже не будет. Потому что крутить дизель вхолостую - требуется совсем небольшая мощность, а значит поток газов на раскрутку ТК недостаточный.

[Toman]

Сообщение от TRam_

На графике видно запоздание давления наддува, рост начинается только с 30 секунды.

Нет, в "новом" варианте с неравномерным шагом там к 30 секундам как раз уже достигнуто максимальное давление наддува, и дальше уже не растёт, как и максимальные обороты коленвала. Т.е. теоретически возможность дать максимальную нагрузку/мощность уже есть.

Добавлено через 27 минут

Сообщение от E69

Рассчитать комбинации магнитов или форму рычага, чтобы получать усилие с неравномерным шагом - задача, в принципе, решаемая.

Формой рычагов и их положением - да, можно. Комбинациями магнитов это получается только очень криво и неэффективно, как на ТЭМ2, когда при помощи 4 магнитов, которые могли бы давать 16 ступеней, делается только 7 ступеней. Для эффективного использования магнитов или другой реализации цифроаналогового преобразования шаги должны быть строго равными, и только потом при необходимости эта "лесенка" может подвергаться какому-то нелинейному преобразованию.

Сообщение от E69

Первично все-таки то, какие тяговые характеристики нужно сформировать. Решили, что при равной скорости силу тяги (или наоборот, скорость при заданной силе) надо менять все-таки равными долями. Хотя, учитывая, что силы сопротивления растут быстрее, чем скорость, расстояние между высшими позициями могло бы быть немного побольше.

Ориентироваться на зависимость сопротивления от скорости тут нет резона, поскольку обычно поезда не идут по площадке с равномерной установившейся скоростью. Обычно движение происходит по какому-то профилю, который часто в разы сильнее даже максимально достижимой силы тяги тепловоза на имеющейся скорости, плюс изменения скорости из-за локальных ограничений скорости. А наиболее критично - правильно набирать или сбрасывать тягу при проходе переломов профиля. И для этого действительно желательно было бы изменять тягу более-менее равномерно (линейно, пропорционально), по мере того, как состав проходит этот перелом профиля, либо тоже равномерно прибавлять или сбрасывать тягу на подходе.

Но для линейно равномерных шагов тяги при примерно равной скорости (а значит, и линейно равномерных шагов мощности) нужны вовсе не линейно равномерные шаги оборотов коленвала. В случае более-менее точной имитации для дизеля нагружения "родным" гребным винтом момент нагрузки примерно пропорционален квадрату оборотов, а мощность, соответственно, аж кубу оборотов. Т.е. даже описанная мной выше "естественная" раскладка оборотов, получающаяся без всяких нелинейных ухищрений с простой пружиной в центробежном регуляторе, где прирост оборотов идёт как корень квадратный, и то даёт шаги мощности пропорционально полуторной степени, если нагрузку настраивать именно таким образом. Схемы возбуждения, где ограничения тока, напряжения или их суммы (в классике у 2ТЭ116, ТЭП70 и т.д. там базово именно сумма, а сверх этого добирает уже объединённый регулятор при помощи индуктивного датчика по заложенной в регулятор какой-то зависимости, механическим образом) в базе дают мощность, примерно пропорциональную квадрату оборотов, и тогда бы, если бы вообще всё управление нагрузкой происходило по такому закону, тот естественный шаг оборотов по квадратному корню давал бы действительно линейный прирост мощности и силы тяги, причём как на гиперболической части тяговых характеристик, так и на ограничении по току.

Но тут мы ещё забываем о том, что обороты начинаются не с нуля, и у первых позиций есть какое-то значение ограничений по току и по мощности, которые в идеале тоже было бы хорошо как-то красиво уложить в ряд. В реальности они обычно как-то не очень хорошо укладываются - хотя как раз с нелинейным шагом оборотов красиво уложить было бы проще, имхо.