Курс_АСУ_2013

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО МОРСКОГО И РЕЧНОГО ТРАНСПОРТА ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ

УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ «САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ВОДНЫХ КОММУНИКАЦИЙ»

А.П.Петров, Г.Е.Живлюк

ПАРАМЕТРИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ СИСТЕМЫ АВТОМАТИЧЕСКОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ СЭУ

Учебно-методическое пособие

Санкт-Петербург

2013

1

УДК

ББК

Рецензент:

к.т.н., доцент СПГУВК

Хлюпин Л.А.

Петров А.П., Г.Е.Живлюк

Параметрический анализ системы автоматического регулирования

СЭУ: учебно-методическое пособие. – СПб.: СПГУВК, 2013. - 40 с.

Учебно-методическое пособие соответствует дисциплине

«Автоматизация судовых энергетических установок» по специальности

180405.65 «Эксплуатация судовых энергетических установок»,

направления 180405 – Эксплуатация судовых энергетических установок – высшего профессионального образования.

Содержатся методические указания по выполнению курсовой работы по дисциплине «Автоматизация судовых энергетических установок».

Предназначается для студентов, обучающихся по вышеназванной специальности очной и заочной формы обучения .

УДК

ББК

© А.П.Петров, Г.Е.Живлюк,2013

© Санкт-Петербургский государственный университет водных коммуникаций, 2013

2

3

ВВЕДЕНИЕ

Учебно-методическое пособие предназначено для студентов судомеханического факультета, выполняющих курсовую работу по дисциплине «Автоматизация судовых энергетических установок» в

соответствии с направлением подготовки специальности 180405 ―Эксплуатация судовых энергетических установок‖.

Целью настоящего пособия является определение основных требований, предъявляемых к структуре, содержанию и оформлению курсовой работы.

Перед выполнением курсовой работы студент обязан ознакомиться с содержанием настоящих требований, содержащих все основные вопросы, ответы на которые должен дать студент при защите курсовой работы.

Курсовая работа выполняет функции завершающего этапа обучения по дисциплине и выполняется студентом самостоятельно, под руководством преподавателей, ведущих дисциплину ―Автоматизация СЭУ‖.

В связи с тем, что основу профессиональной ориентации для специальности 180405.65 составляет эксплуатация судовых дизелей в качестве главных и вспомогательных двигателей судовой энергетической установки, тематика курсовой работы базируется на расчетном исследовании динамических характеристик судовой энергетической установки, включая агрегаты и системы передачи ее мощности.

Практическая задача, решаемая в курсовой работе, заключается в следующем. При ходе судна на волнении, режимах буксирования, других режимах главный двигатель (ГД) практически постоянно работает на переменных режимах, что приводит к необходимости контроля и настройки систем регулирования СЭУ по критериям качества переходных процессов СЭУ.

4

Рассматривая СЭУ как инерционный объект, на который подается внешнее возмущение в виде изменения нагрузки и задания режимов, инженер-судомеханик должен уметь расчетным путем определить зоны критических режимов, недопустимых с точки зрения устойчивости переходных процессов ГД и параметры регулятора,

обеспечивающие безопасные режимы эксплуатации ГД в заданных условиях.

Методическая задача работы заключается в развитии у студентов современного инженерного мышления и навыков самостоятельного решения задач по экспериментальному определению динамических параметров объекта управления, владению методами расчета динамических параметров судовых двигателей внутреннего сгорания

(СДВС) и умению выбора регулируемых параметров управляемого объекта на основе инженерных методов расчета и анализа устойчивости системы.

1.ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

1.1.Учебные цели и задачи курсовой работы

Цель курсовой работы — углубление и закрепление теоретических знаний; приобретение навыков проектирования и расчета статических и динамических характеристик систем автоматического регулирования частоты вращения (САРЧ) судовых дизельных установок.

Курсовая работа соответствует ФГОС ВПО по дисциплине

«Автоматизация судовых энергетических установок» по специальности

180405.65 «Эксплуатация судовых энергетических установок»,

направления 180405 – Эксплуатация судовых энергетических установок – высшего профессионального образования.

1.2. Выбор темы курсовой работы Темы курсовых работ соответствуют программе дисциплины и

практическим требованиям водного транспорта, современным

5

достижениям науки и техники. Работа предусматривает выбор регулятора частоты вращения (далее – регулятора) применительно к конкретному типу главного дизеля [18].

1.3. Структура, объем и содержание курсовой работы Расчетно-пояснительная записка должна иметь следующую

структуру:

титульный лист в соответствии с приложением 1;

содержание;

задание на курсовой проект в соответствии с приложением 2;

введение;

основная часть:

1. Выбор регулятора, обоснование с точки зрения требуемых

статических и динамических параметров, изучение и описание

принципиальной схемы регулятора; представление основных параметров регулятора по примеру в приложении 5;

2.Составление структурной схемы регулятора;

3.Составление уравнения динамики регулятора и определения

его параметров; 4. Составление уравнения динамики ГД, уравнения для расчета

частичных и винтовых характеристик ГД и нагрузки, расчетные соотношения для определения коэффициентов и постоянных времени уравнения динамики двигателя, результаты расчетов фактора устойчивости и параметров уравнения динамики двигателя

5. Составление системы дифференциальных уравнений для заданного варианта двигатель - винт и экспериментально определенных параметров системы автоматического регулирования в замкнутом контуре,

вывод передаточной функции и обобщенного уравнения динамики для замкнутой системы, расчет коэффициентов обобщенного уравнения

6

динамики, определение показателей устойчивости в соответствии с

критериями Рауса-Гурвица;

определение характера переходного процесса. Предусматривается:

●оценка возможного вида переходного процесса;

●заключение, обобщающее данные по определению динамических характеристик звеньев системы управления;

список использованной литературы.

выводы;

список литературы;

приложение 1. Структурная и принципиальные схемы системы автоматического регулирования частоты вращения;

приложение 2. Технические характеристики выбранного регулятора частоты вращения;

приложение 3. Чертеж кривошипно-шатунного механизма (КШМ);

приложение 4. Схема моментов инерции.

приложение 5. Диаграммы, иллюстрирующие расчет устойчивости;

Содержание приложений должно быть представлено на листах формата А4.

1.4. Графическая часть Каждая принципиальная и структурные схемы САРЧ располагается

на одном листе формата А4 без соблюдения масштаба и действительного пространственного расположения их составных элементов. На схемах должно быть наименьшее число изломов и пересечений линий связей.

Элементы схем должны быть пронумерованы по порядку. Номера позиций обозначаются на полках линий-выносок и расшифровываются в спецификациях.

Все листы пояснительной записки должны иметь поля: 2 см –

слева, 0,5 см – сверху, справа, снизу.

7

1.5. Выполнение и защита курсовой работы Выполнение курсовой работы рекомендуется выполнять поэтапно,

т.е.:

изучить технические характеристики объектов регулирования,

рекомендуемую техническую литературу;

выполнить необходимые расчеты и иллюстрации;

оформить пояснительную записку;

представить курсовую работу к защите.

По мере выполнения этапов студенты должны представлять материалы руководителю для просмотра и консультаций Сроки представления отдельных разделов и курсового работы в целом устанавливаются руководителем.

После проверки курсовой работы, если он отвечает требованиям по объему и содержанию, студент допускается защите. Перед защитой студент должен внести исправления в проект по замечаниям, полученным при проверке.

Защита работы состоит из 5-6-минутного сообщения студента и ответов на вопросы. Сообщение должно содержать постановку задачи исследования, методы расчетов и их результаты. По результатам защиты с учетом технического уровня содержания курсовой работы производится дифференцированная оценка.

2. ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ.

Тип дизельной энергетической установки выбирается по таблице 1,

конструктивные параметры одного колена КШМ по таблице 2 для известного дизеля; принципиальную схему регулятора по сайтам фирм

Woodward Governor C0. (www.woodward.com), Qeinzmann GMBQ. (www.qeinzmann.com), его параметры выбрать, руководствуясь табл. 3.

8

Варианты выбираются по предпоследней цифре номера зачетной

книжки (далее – шифра)

Таблица 1 Исходные данные к определению характеристик ГД (по предпоследней цифре шифра)

3. ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ КУРСОВОЙ РАБОТЫ

3.1. Оглавление В оглавлении приводятся точные названия разделов пояснительной

записки с их обозначениями и номерами страниц. Сокращения и изменения не допускаются.

3.2. Введение

Во введении необходимо оценить значимость поставленной в курсовой работе задачи, привести современные направления совершенствования судовой энергетической установки и пути повышения их эффективности. Кроме этого, необходимо: кратко описать, что студент собирается сделать в курсовом работе: какие расчеты, какой САР судовой энергетической установки собирается

9

провести, какими методами;, а также показать связь между разделами

для осуществления итогового вывода в конце своей курсовой работы.

3.3. Выбор регулятора частоты вращения для двигателя.

Определим потребную работоспособность R регулятора в Дж по формуле, используя исходные данные табл.1

R = К · Vq · i · рк,,

где К - коэффициент, учитывающий размерность параметров дизеля

(выбирается из диапазона 1.5-3.0); Vq - рабочий объем цилиндра двигателя,

дм3; i – количество цилиндров; рк – давление наддува, мПа (выбирается из диапазона 0,11-0,25). Будем иметь ввиду, что 1Дж≈9,8 кг·см. Затем для выбора регулятора фирмы Woodward определим работоспособность R' в

фунто-футах, для чего работоспособность R переведем с помощью коэффициента Kr в фунто-футы (Kr=0,74 Дж/фунто-фут).

Определив потребную работоспособность, произвести выбор регулятора частоты вращения фирм Woodward или Heinzmann. Некоторые данные регуляторов приведены в приложении 5.

Выбор регулятора производится таким образом, чтобы величина работоспособности R’н в его обозначении, нпр. 22 в PG22, превосходила расчетную величину R', т.е. условие выбора – R’н > R'.

3.4. Описание принципиальной и структурной схем регулятора Примем, что ГД оборудуются регуляторами частоты вращения

непрямого действия с отрицательными жесткой и гибкой обратными связями с любым видом используемой энергии. Примеры принципиальных схем регуляторов, подрисуночные надписи представлены в Приложениях

3, 4. Основные технические данные регуляторов приведены в приложении

5.

Выбрав тип регулятора по работоспособности, необходимо привести его технические характеристики, принципиальную схему и описание регулятора.

10