Тема 10. Примеры систем и схем автоматического управления гэу постоянного тока

10.1. Назначение автоматического управления

ГЭУ, которые работают в режимах статистических характеристик элементов ГЭУ, не удовлетворяют современным требованиям по быстродействию и точности управления.

Например, при движении при волнении, когда момент сопротивления гребного винта периодически изменяется, ГЭУ со статистическими характеристиками теряют свои преимущества по сравнению с ТЗА. А у ледоколов не используется полная мощность тепловых двигателей, т.к. это при взаимодействии гребных винтов со льдом может привести к поломкам лопастей или даже потере гребных винтов. На многих судах применяются системы управления ГЭУ, обеспечивающие требуемую точность поддержания постоянства мощности тепловых двигателей в заданных режимах.

Системы автоматического управления ГЭУ действуют по отклонению какой-либо величины тока, напряжения, частоты вращения ГЭД, и т.п. Для таких систем схема управления должна содержать обратные и стабилизирующие связи. Для устойчивости системы применяют необходимые корректирующие связи и исследуют качество переходных процессов.

10.2. Критерии оптимального управления

Оптимальность ГЭУ определяется двумя основными факторами: экономичностью эксплуатации при различных условиях плавания и качеством переходных процессов в электромеханической системе ГЭУ.

Исследования показали, что, если в переменных условиях плавания требуется экономить топливо, то основным законом управления ГЭУ является поддержание постоянства частоты вращения гребного винта.

А если требуется пройти расстояние с максимально-возможной скоростью – то законом управления ГЭУ является постоянное использование номинальной мощности тепловых двигателей. Системы управления ГЭУ должны быть оптимальны и по качеству переходных процессов при пусках, реверсах, остановках. Например, отклонение переходного процесса на 2-5с. Не сильно скажется на времени торможения или разгона судна из-за его инерционности.

А при взаимодействии винта со льдом у ледоколов система должна срабатывать быстрее и переходной процесс должен быть минимизирован (т.е. минимально-возможным), по заданному закону, который определяет переходной процесс для тока в главной цепи. Вид графиков переходных процесс показан на рисунке 10.1.

Рис.10.1. График переходного процесса при регулировании:

1 – без перерегулирования

2 – с перерегулированием

м – допустимое перерегулирование

Переходной процесс с перерегулированием позволяет сократить время для быстрейшего приведения величин (момента) к заданным значениям при допустимом ( 5 перерегулировании).

10.3. Структура системы и управляющих устройств, выбранных по методу последовательной коррекции

Метод последовательной коррекции позволяет получить устойчивую систему управления с требуемым качеством переходных процессов. Хотя этот метод и не нашел широкого применения – он позволяет наглядно показать как разрабатывается структура САУ (системы автоматического управления).

По качеству переходных процессов условием оптимальности является получение кривой, совпадающей с рассчитанной по формуле:

;

где: y – отклонение управляемой величины или ошибка;

- начальная величина;

T – постоянная времени.

Подобные выражения для переходных процессов известны в электротехнике, например, для тока в RL цепи: .

Если система оптимизируется по двум параметрам, то:

;

Аналогично в электротехнике: .

где: (А₁) и (А₂) - постоянные интегрирования. В этом случае график переходного процесса описывается уравнением второго порядка:

Аналогично в электротехнике: .

Где S и р – корни характеристических уравнений.

Решение данного характеристического уравнения про времени t=3Т и значение позволяет получить величину перерегулирования не более 5%.