LR2_YTS / Новиков_ЛР2

Министерство науки и высшего образования Российской Федерации Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования

«Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана

(национальный исследовательский университет)» (МГТУ им. Н.Э. Баумана)

Кафедра СМ-9 «Многоцелевые гусеничные машины и мобильные роботы»

Отчёт

по лабораторной работе №2

по курсу «Управление техническими системами»

по теме: «Изучение динамических характеристик датчика температуры охлаждающей жидкости автомобиля»

Выполнил: _________________________________ (Новиков А.Д.)

Студент группы СМ9-71

Принял: ___________________________________ (Бузунов Н.В.)

Москва 2023 г.

2

1 Устройство и принцип работы датчика температуры охлаждающей жидкости автомобиля

Датчики температуры охлаждающей жидкости (ДТОЖ) двигателя

23.3828, 27.3828, Bosch 02080130093 и другие аналогичные (рисунок 1)

предназначены для измерения температуры охлаждающей жидкости в выходном па трубке водяной "рубашки" головки цилиндров двигателя в составе системы управления двигателем совместно с блоком электронной системы управления двигателем (ЭСУД). Датчики применяются на автомобилях ВАЗ (рисунок 2) и ГАЗ, оснащенных ЭСУД.

Рисунок 1 – Внешний вид датчиков температуры

Рисунок 2 – Установка датчика на двигателе ВАЗ-1118

3

Основные характеристики датчика 23.3828 приведены в таблице 1.

Таблица 1 – Основные характеристики датчика 23.3828

В основе работы этих датчиков - свойство проводников и полупроводников изменять свое сопротивление при изменении температуры. Терморезистор, расположенный внутри датчика, имеет отрицательный температурный коэффициент сопротивления, т.е. при нагреве его сопротивление уменьшается. При высокой температуре охлаждающей жидкости терморезистор имеет низкое сопротивление, а

при низкой температуре – высокое сопротивление.

2 Схема подключения датчиков

Как правило, данный тип датчиков обладает линейной характеристикой, т.е. зависимость между их температурой и сопротивлением – линейная. Поэтому при подключении датчиков данного типа к системе измерений необходимо обеспечить протекание через них тока с постоянным значением в диапазоне 0,5...1,0 мА. В этом случае при изменении температуры падение напряжения на датчике будет прямо пропорционально его сопротивлению. Изменяющееся в зависимости от изменения температуры напряжение на датчике поступает на вход аналого-цифрового преобразователя (АЦП) и регистрируется.

В данной лабораторной работе для питания датчиков используется

4

источник постоянного тока, собранный на основе операционного усилителя (ОУ) (рисунок 3).

В данной схеме ток д, А, протекающий через датчик температуры

где − - напряжение на инвертирующем входе ОУ, В;

5 – сопротивление пятого резистора, Ом.

В свою очередь напряжение на инвертирующем входе ОУ −, В,

определяется делителем напряжения , В, собранном на резисторах

1, 2, 3:

Значения сопротивлений резисторов подобраны таким образом,

чтобы при напряжении питания д = 5В ток через датчик температуры изменялся примерно в пределах от 0,5 мА до 1,0 мА за счет переменного резистора 3. В автомобиле аналогичное питание датчиков обеспечивается блоком ЭСУД.

Рисунок 3 – Источник тока на ОУ

5

3 Получение динамической характеристики датчика температуры

Динамическая характеристика датчиков температуры строится при

скачкообразном изменении их температуры от комнатной до +100 °С. Это

достигается при их резком опускании в кипящую воду. Можно считать,

что такой вид воздействия соответствует ступенчатому воздействию.

Подключение датчика к измерительной системе показано на

рисунке 4.

Рисунок 4 – Подключение датчика к измерительной системе: 1 – модуль АЦП; 2 – плата источника тока; 3 – датчик; 4 – кабель USB для питания источника тока; 5 – кабель USB для передачи данных АЦП

6

Matlab. Этот инструмент на основе экспериментальных входных и выходных данных с помощью оптимизации определяет параметры модели, обеспечивающие минимальное расхождение с экспериментальными данными.

5 Импорт экспериментальных данных в Matlab

Рисунок 6 – Экспериментальные данные

8

Для последующей обработки экспериментальных данных (рисунок

6) напишем следующую программу:

time=Data(:,1); % Выделяем вектор времени

dt=time(2)-time(1); % Определяем шаг дискретизации по времени U = Data(:,2)*(-1); % Выделяем вектор напряжений

plot (time, U); % Построение исходного графика

index_begin=18201;% Индекс в массиве time, соответствующий началу процесса

t_begin=time(index_begin); % Время начала процесса

index_end = 158720; % Индекс в массиве time, соответствующий концу

U = U(index_begin:index_end); % Выделяем столбец напряжений

time = time(index_begin:index_end)-t_begin; % Выделяем столбец времени

U_end = U(length(U)); % Показания датчика при температуре кипения воды

subplot(2, 1, 1); plot (time, Te);

title('Температура, К'); xlabel('Время, с');

grid on; subplot(2,1,2); plot (time, U);

title('Напряжение, В'); xlabel('Время, с'); grid on;

% Начальные приближения для параметров передаточной функции k_s_init = 0.01;

T_s_init = 10;

После выполнения данного скрипта получаем графики:

9

Рисунок 7 – Графики температуры и напряжения на термодатчике

6 Модель датчика в Simulink

Передаточной функции датчика соответствует следующее дифференциальное уравнение, записанное в операторной форме:

где Tin – температура среды на входе датчика;

Tout – температура чувствительного элемента датчика.

Уравнение (4) можно представить в виде:

Схема датчика оформляется в виде блока Atomic Subsystem с тремя параметрами (рисунки 8, 9):

10