Пример выполнения контрольной работы

Вариант 1

1. Изучение системы управления (су) и анализ объекта управления

1. Привести и описать схему су, раскрыть принципы её построения и работы.

Схема системы управления напряжением синхронного генератора имеет вид:

Синхронный генератор представляет собой электрическую машину, содержащую трехфазную статорную обмотку и обмотку возбуждения, расположенную на её роторе. Обмотка возбуждения питается от источника постоянного тока через два контактных кольца, расположенных на валу ротора. Ротор генератора приводится во вращение приводной машиной, в качестве которой используется паровая или гидравлическая машина, ветровой двигатель или двигатель внутреннего сгорания. При этом на зажимах статорной обмотки генератора индуцируется синусоидальная (переменная) ЭДС, величина которой зависит от тока возбуждения и скорости вращения ротора. Для генераторов можно построить две системы управления: система управления угловой скоростью ротора генератора Ω и система управления напряжением на его зажимах U. По заданию, рассмотрим последнюю систему управления. Для этого мы вправе рассматривать Ω=const.

Взаимосвязь величин U и I можно установить на основе анализа нагрузочной характеристики генератора (рис. II).

Как видно из нагрузочной характеристики, увеличение тока нагрузки вследствие роста падения напряжения на внутреннем сопротивлении генератора вызывает снижение напряжения на его зажимах, а уменьшение тока нагрузки приводит к обратному эффекту. Эти отклонения напряжения могут быть устранены посредством изменения напряжения возбуждения генератора: при отрицательных отклонениях напряжения возбуждение необходимо увеличивать, а при положительных - уменьшать.

Принцип работы системы управления следующий. Напряжение генератора U контролируется (измеряется) трансформатором Т и выпрямителем V ... V преобразуется в напряжение U , которое подается на вход системы встречно задающему напряжению U . В результате получается разность напряжений . При уменьшении напряжения U разность возрастает, что приводит к увеличению напряжения возбуждения U генератора и к восстановлению его напряжения U до заданного значения. При увеличении напряжения U разность уменьшается, что вызывает снижение напряжения возбуждения генератора, а следовательно, и его напряжения U до требуемого значения. Таким образом, само отклонение напряжения генератора от заданного значения вызывает изменение регулирующего воздействия так, чтобы уменьшить это отклонение и вернуть напряжение к заданному значению.

2. Определить, что в системе управления является: объектом, управляемой величиной, управляющим воздействием, возмущением, регулирующим органом (при наличии данных элементов). Дать определения.

Объект управления – это осуществляющая какой-либо технологический процесс отдельная машина, агрегат, аппарат, устройство, комплекс машин и аппаратов, которой необходимо управлять.

В нашей СУ объектом управления является машина - синхронный генератор. Учитывая, что обмотка возбуждения неотделима от объекта, синхронный генератор как объект управления на общей схеме представлен в виде:

На рисунке использованы следующие обозначения: G - генератор; M- приводная машина; Z- электрическая нагрузка; U- напряжение на зажимах генератора; U - напряжение на обмотке возбуждения; I- ток нагрузки; Ω - угловая скорость ротора.

Управляемая величина – показатель технологического процесса, которым необходимо управлять.

Как отмечалось выше, для синхронного генератора как управляемая величина могут рассматриваться два параметра: угловая скорость Ω и напряжение U. В данном варианте, управляемая величина - напряжение на зажимах U.

Управляющее воздействие – физическая величина, посредством которой управляется показатель технологического процесса.

Отклонения напряжения в нашей схеме устраняются посредством изменения напряжения возбуждения генератора. Из этого следует, что управляющее воздействие - напряжение возбуждения генератора U .

Возмущение – фактор, вызывающий отклонение управляемой величины от заданного значения.

Отклонение напряжения от заданного значения вызвано уменьшением, либо увеличением тока I (см. нагрузочную характеристику рис. II), поэтому такой ток можно назвать возмущением.

Регулирующий орган – орган, изменяя положение или состояние которого, можно изменять управляемую величину.

Для управления напряжением мощных высоковольтных генераторов посредством обмотки возбуждения необходима сравнительно большая мощность. Поэтому для таких генераторов для получения управляющего воздействия (напряжения возбуждения U ) нередко используют дополнительный генератор постоянного тока, который также вращается приводной машиной синхронного генератора. В связи с этим в качестве регулирующего органа примем генератор постоянного тока с независимым возбуждением G .

3. Установить принцип работы системы управления (разомкнутый, разомкнутый по возмущению, замкнутый по отклонению, либо комбинированный). Отнести СУ к классификациям (непрерывная или релейная; прямого или косвенного управления; система стабилизации, программная или следящая система). Дать определения и основные характеристики выбранного принципа управления и классификации.

а) В нашей системе управления управляемая величина напряжение Uизмеряется трансформатором Т. Сигнал о ее фактическом значении подается на вход системы и вычитается из задающего напряжения U . Разность сигнала через промежуточные элементы изменяет управляющее воздействие (напряжение возбуждения U ) синхронного генератора так, чтобы устранить возникшее отклонение управляемой величины напряжения U.

Также, управляемая величина Uвоздействует на систему по замкнутому циклу, то есть осуществляется отрицательная обратная связь. Отрицательная обратная связь – это замыкание выхода системы на ее вход посредством соответствующих элементов. При этом сигнал выхода на вход подается с обратным знаком, реализуется равенство . Такая связь называется главной обратной связью (ГОС), которая всегда отрицательная. В нашей СУ имеет место сигнал рассогласования на выходе сравнивающего органа, который является отклонением управляемой величины от требуемого значения и представляет собой суммарный эффект всех возмущений.

Из вышесказанного следует, что система управления напряжением синхронного генератора работает по принципу замкнутой системы управления по отклонению.

б) При работе нашей системы, все входные и выходные величины (U , , , U , I, U, ) объекта управления и всех элементов, входящих в систему, изменяются непрерывно во времени. То есть, такая система относится к классу непрерывных СУ. В таких СУ в любом её элементе преобразование входного сигнала х в выходной х происходит непрерывно во времени (рис.IV).

Пороговых элементов, присутствие которых говорило бы о релейной системе, нет.

в) В СУ напряжением синхронного генератора изменения управляющего воздействия (напряжения возбуждения U ) обеспечиваются за счет энергии, отбираемой от объекта управления (синхронного генератора ). Это говорит о том, что наша система является системой прямого управления.

г) Если рассматривать характер задающего воздействия, то СУ можно отнести к автоматической системе стабилизации. В такой системе задающее воздействие х =const. У нас задающим воздействием является напряжение U , которое в зависимости от параметров питающей сети и резистора R , является неизменным во времени (допустим, 220 В).