Лабораторная работа 3 Контроллер в системах регулирования параметров генераторных агрегатов

Цель работы: знакомство с конструкцией, составом и схемой контроллера в составе системы регулирования, освоение технологии программирования контроллера и экспериментальная проверка функционирования контроллера в составе электроустановки, определение характеристик системы.

Общие сведения

Контроллеры в составе систем регулирования выполняют функции измерений соответствующих параметров, обработки данных по определенным алгоритмам и выдачи регулирующих воздействий на исполнительные органы. Работу простого одноканального регулятора можно представить следующим описанием. Информация о регулируемом параметре поступает в контроллер через один из аналоговых входов. Через другой аналоговый вход может поступать сигнал, пропорциональный величине заданного регулируемого параметра. Обработка входных данных заключается в аналого-цифровом преобразовании (АЦП) входных сигналов, в получении величины рассогласования как разницы между ними и в формировании выходного сигнала в соответствии с программой алгоритма регулирования. Выходной сигнал может выводиться в виде параллельного кода с последующим преобразованием в аналоговую форму, чаще всего в напряжение, с помощью цифроаналогового преобразователя (ЦАП) или в виде последовательности периодических импульсов (ШИМ/ЧИМ/ФИМ-формы). В зависимости от мощности выходных каскадов контроллера выходной сигнал может прямо подаваться на исполнительные устройства типа полупроводниковых коммутирующих приборов (MOSFET, IGBT) или с последующей сглаживающей фильтрацией и промежуточным усилителем мощности или драйвером.

Примерами использования подобных контроллеров являются системы стабилизации и регулирования частоты вращения приводов, токов и напряжений генераторных агрегатов.

Каждая конкретная система, как правило, имеет свои особенности алгоритма, технические характеристики, датчики и исполнительные устройства, поэтому выбор типа используемого контроллера должен удовлетворять многим, часто противоречивым требованиям, среди которых: точность и быстродействие, гибкость алгоритмов обработки и надежность, инвариантность к внешним возмущающим воздействиям или адаптивность алгоритмов к изменению условий работы и стоимость всей системы и т. п. Однако разработчику систем регулирования приходится решать задачу оптимизации, учитывая не только перечисленные объективные показатели, но и опираясь на такие субъективные категории, как опыт работы с конкретным типом контроллеров, привязанность к системе или языку программирования, связи с поставщиком комплектующих, перспективы развития семейств и типов контроллеров, а также перспективы развития данной системы и т. д.

Часто современные системы регулирования на основе микроконтроллеров являются локальными, т. е. выполняют строго определенные функции для конкретных объектов регулирования, но при наличии каналов обмена данными могут входить в состав систем управления более высокого ранга. Так, локальный регулятор частоты вращения приводного двигателя и локальный регулятор напряжения генератора, вместе с подсистемами защитной автоматики, входят в систему управления генераторным агрегатом, которая, в свою очередь, как типовой элемент, может входить в систему управления электростанцией. Далее очевидно – электростанции могут объединяться в энергоузлы и т. д.