Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Автоматизированные системы управления судовых энергетических установок. Методические рекомендации для выполнения курсовой работы
.pdf
ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО МОРСКОГО И РЕЧНОГО ТРАНСПОРТА
МОСКОВСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ АКАДЕМИЯ
ВОДНОГО ТРАНСПОРТА
филиал Федерального государственного бюджетного
образовательного учреждения высшего образования
«Государственный университет морского и
речного флота имени адмирала С.О. Макарова»
Зябров В.А.
Попов Д.А.
Автоматизированные системы управления судовых
энергетических установок
Методические рекомендации для выполнения курсовой работы
Альтаир–МГАВТ
Москва
2019
УДК 621: 431
Зябров В.А., Попов Д.А. Автоматизированные системы управления
судовых энергетических установок. Методические рекомендации для вы-
полнения курсовой работы. — М.: МГАВТ, 2019. — 37 с.
Методические рекомендации для выполнения курсовой работы по дисци-
плине «Автоматизированные системы управления СЭУ» составлены в соответ-
ствии с рабочей программой дисциплины.
В методических указаниях рассматриваются вопросы построения статиче-
ской характеристики, расчет переходных режимов в системе автоматического ре-
гулирования скорости судового двигателя и анализ ее устойчивости по критериям.
Рецензенты: к.т.н., доцент В.С. Епифанов, ст. преп. Г.В. Захаров
Рекомендовано к изданию учебно-методическим советом МГАВТ.
Рассмотрено и рекомендовано для использования в учебном процессе на
заседании кафедры СЭУ и А (протокол №10 от 29 июня 2018 г.).
Ответственность за оформление и содержание представленных к изда-
нию материалов несут авторы и кафедры академии, выпускающие учебнометодические материалы.
© МГАВТ, 2019
© Зябров В.А.,2019
© Попов Д.А.,2019
Содержание
Введение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
Цель и задачи курсовой работы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
Состав курсовой работы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
Описание регулятора . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
Статическое исследование системы. . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
Исследование системы методом Гурвица . . . . . . . . . . . . . . .10
Исследование системы методом Михайлова . . . . . . . . . . . . . .12
Исследование системы методом Найквиста . . . . . . . . . . . . . .14
Определение запаса устойчивости . . . . . . . . . . . . . . . . . .23
Литература . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .25
Приложение 1. Титульный лист . . . . . . . . . . . . . . . . . . .26
Приложение 2. Бланк задания . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .27
Приложение 3. Варианты заданий . . . . . . . . . . . . . . . . . .28
Приложение 4. Условные обозначения . . . . . . . . . . . . . . . .36
3
Введение
На судах морского речного флота значительное распространение получили
различные средства автоматизации по управлению главным и вспомогательными дизелями, автономными и утилизационными котлами, судовыми системами,
вспомогательными механизмами и другим оборудованием СЭУ.
Целями изучения дисциплины «Автоматизированные системы управления
СЭУ» являются:
отработка навыков применения технологии описания систем автомати-
ческого управления (САУ) и регулирования (САР) судовых объектов состоящих из объектов и собственно систем автоматического управления и регулиро-
вания для самостоятельного освоения новых систем судовой автоматики.
технология описания САУ и САР предполагает отработку умения сфор-
мировать структурные и функциональные схемы систем автоматики, определить их законы регулирования, алгоритмы управления, а также определить
настроечные органы и параметры систем. Закрепить понимание влияния
настроечных параметров на качество статических и динамических свойств си-
стем автоматики.
закрепить теоретические и практические сведения о построении совре-
менных интегрированных систем комплексной автоматики СЭУ, систем ДАУ
главных и вспомогательных дизелей.
Задачами дисциплины являются:
– изучение свойств основных объектов СЭУ: парогенераторов, турбин,
вспомогательных и главных дизелей, второстепенных объектов СЭУ;
– изучение технологии разработки математических моделей судовых объектов и познакомить с методами моделирования моделей на ПЭВМ;
– изучение технологии описания систем автоматического регулирования
реальных судовых объектов;
– изучение систем дистанционного автоматизированного управления ос-
новных типов главных судовых дизелей, применив современные теоретические
методы описания систем;
– изучение образцов современных интегрированных систем комплексной
автоматизации СЭУ, отобразив их архитектуру и программное обеспечение.
Поэтому в Методических рекомендациях для выполнения курсовой работы
для обучающихся по специальности 26.05.06 «Эксплуатация судовых энергети-
ческих установок» по дисциплине «АСУ СЭУ» предусматривается приобретение обучающимися необходимых знаний.
4
Цель и задачи курсовой работы
Курсовая работа выполняется с целью закрепления теоретических знаний,
полученных студентом в процессе обучения и приобретения навыков в области
исследований устойчивости и качества автоматического регулирования линей-
ных систем автоматического регулирования и настройки этих систем.
При работе студент должен помнить, что курсовая работа является его са-
мостоятельной работой, и что он лично отвечает за принятые решения, правильность расчетов, качество выполнения, соблюдение требований Правил Ре-
гистра, ГОСТов и т.п.
Поэтому в процессе всей курсовой работы студент должен приучатся защищать и доказывать правильность принятых им решений, а также анализиро-
вать свою работу и соблюдать сроки ее выполнения.
Состав, содержание и объем курсовой работы.
Выполнение курсовой работы состоит из следующих элементов:
Титульный лист
Задание
Содержание
Расчетно-пояснительная записка (с разработкой вопросов, определяемых
заданием по курсовой работе)
Список использованной литературы
Графический материал
Титульный лист, содержание, список использованной литературы относит-
ся к элементам оформления расчетно-пояснительной записки. К ним предъявляются определенные требования.
На титульном листе пишется полное наименование темы курсовой рабо-
ты, фамилия и инициалы студента, его подпись, фамилия и инициалы препода-
вателя, его подпись. Приводится полное название кафедры: «Судовые энерге-
тические установки и автоматика». Весь текстовый материал на титульном ли-
сте выполняется черной пастой чертежным шрифтом или печатается на ПК.
В содержании перечисляются все разделы пояснительной записки с указа-
нием их начальных страниц. Примером может служить содержание настоящих
методических указаний.
Расчетно-пояснительная записка должна включать разделы согласно за-
данию на курсовое проектирование.
Текстовая часть расчетно-пояснительной записки должна быть краткой,
содержать обоснование выбранных элементов СЭУ, схем, принятых коэффици-
ентов и других величин.
После записи формулы должна быть приведена расшифровка величин, вхо-
дящих в нее с указанием их размерности. Затем в формулу подставляются числовые значения величин, проводятся необходимые промежуточные расчеты и запи-
сывается окончательный результат. Расчетно-пояснительная записка сопровождается иллюстрациями, графиками, эскизами, диаграммами, схемами и т.д.
Каждый раздел работы должен иметь кратко изложенные выводы.
5
В список использованной литературы включается все источники, ис-
пользованные студентом в процессе работы, с указанием автора, наименования,
издательства, года издания, количества страниц.
Графический материал работы выполняется карандашом или на ПК, как
правило, на стандартных листах формата А1.
6
Состав курсовой работы
Курсовая работа включает:
1. Построение статической характеристики, расчет переходных режимов в
системе автоматического регулирования скорости судового двигателя и анализ
ее устойчивости по критериям.
2. Предоставление результатов
- схема регулятора;
- статическая характеристика системы;
- определения устойчивости по критерию Гурвица;
- определения устойчивости по критерию Михайлова;
- структурна схема и передаточные функции звеньев;
- АФЧХ разомкнутой системы с определением запаса устойчивости;
- предложений по увеличению запаса устойчивости;
- графики переходных режимов;
- описания принципа действия разработанной системы автоматики;
- таблицы состояния системы автоматики;
Описание регулятора
Рис. 1. Регулятор дизеля 6ЧСПН15/18
Регулятор дизеля 6ЧСПН15/18 (ЗД6). Всережимные П-регуляторы дизе-
лей Д6 встроены в общий блок корпуса ТНВД и приводятся в действие от ку-
лачкового вала 1 (рис. 1). На хвостовике вала 1 жестко закреплена поперечина
(крестовина) 4, в радиальных пазах которой установлены шарообразные грузы
3. Последние опираются с одной стороны на плоскую тарелку 9, смонтирован-
ную таким образом, что она может вращаться вместе с кулачковым валом и пе-
ремещаться вдоль его оси, а с другой стороны — на коническую тарелку 2,
жестко соединенную с корпусом регулятора. В корпусе смонтированы также
рычаг 8, рейка ТНВД и регулировочная пружина 6.
7
При различных нагрузках на дизель шарообразные грузы 3, смещаясь в
d
d
T
a
рkr
Кz
d
dz
T
d
zd
T
2
2
2
Z
еном
ном
А
Т
еном
ено м
НОМ
НОМ
e
НОМ
на гр
d
d
d
d
Pнно
P
h
h
Hнно
H
h
h
р
К
прорезях поперечины к центру вращения кулачкового вала или удаляясь от не-
го, приводят в движение плоскую тарелку 9. Последняя в переходном режиме
воздействует через рычаг 6 на рейку 5 ТНВД.
Регулятор поддерживает угловую скорость коленчатого вала в пределах
50 — 150 рад/с. Настраивают его на заданный режим работы изменением силы
натяжения пружины 6 путем поворота в соответствующую сторону рычага
управления 7. Точку подвеса пружины можно перемещать вдоль рычага 8
специальным ходовым винтом (на рисунке не показан). При этом изменяется
жесткость пружины, а соответственно, и степень неравномерности (статическая
ошибка) регулирования. С перемещением точки подвеса вверх степень
неравномерности регулирования возрастает, с перемещением ее вниз — падает.
Статическая неравномерность регулирования может с помощью этого
устройства поддерживаться в пределах 2–6%..
Составим систему уравнений для данного типа регулятора
, — уравнение объекта;
— уравнение чувствительного элемента;
— уравнение основной обратной связи;
Поясним физический смысл постоянных и переменных, входящих в уравнения объекта, регулятора, основной обратной связи.
1.
время разгона объекта, с
I — момент инерции вращающихся масс;
— частота вращения;
— эффективный номинальный момент дизеля;
2.
коэффициент самовыравнивания объек-
та;
3. – регулируемая величина(отношение изменения частоты вращения
4.
— воздействие, зависящее от положения органа, изменяющего
нагрузку;
5.
— нагрузка (приведенная к ходу рейки);
6. Z — ход рейки в относительных единицах.
7.
— коэффициент чувствительного элемента регулятора.
8. Тr — постоянная времени измерителя скорости,
9. Тk — постоянная времени гидравлического трения,
8
Статическое исследование системы
0
d
d
0
1
Z
Кz
d
dz
T
d
zd
T
d
d
T
рkr
a
2
2
2
Z
Кz
р
0
p
K
p
K
1
1
00
Определим статизм САР и построим статическую характеристику системы =().
Для построения статической характеристики следует определить, как
будет изменяться частота вращения коленчатого вала при изменении нагрузки
от 0 до 1 в относительных единицах при работе двигателя на установившемся
режиме.
Основным условием является
1.
2.
Граничные условия будут
Тогда получаем
и
– характеристика статической системы
Строим астатическую характеристику
Рис. 2. Статическая характеристика системы
9
Исследование системы методом Гурвица
Z
Кz
d
dz
T
d
zd
T
d
d
T
рkr
a
2
2
2
рkr
a
Кz
d
dz
T
d
zd
T
z
d
d
T
2
2
2
z
Кd
dz
К
T
d
zd
К
T
z
d
dz
T
d
zd
T
К
рр
k
р
r
kr
р
1
)(
1
2
2
2
2
2
2
Исследуем САР скорости дизеля на устойчивость методом Гурвица
Критерий Гурвица применяется для анализа автоматических систем, описываемых дифференциальными уравнениями обычно не выше уравнений чет-
вертого порядка. Гурвиц установил необходимые и достаточные условия
устойчивости с помощью неравенств, которые определяются по таблице (матрице), составленной из коэффициентов характеристического уравнения:
a0 pn + a1 p
n-1
+ ........... + a
p + an = 0, причем (а0 > 0)
n-1
Матрицу составляем так: вначале по диагонали сверху вниз выписывают
коэффициенты характеристического уравнения, начиная с а
возрастания индекса степени до коэффициента а
включительно. Строки вправо
4
и далее в порядке
1
от диагонали заполняем коэффициентами в порядке убывания индекса. В стро-
ках слева от диагонали проставляем коэффициенты возрастания индекса.
а1 а3 0 0
а
а2 а4 0
0
0 а1 а3 0
0 а
а2 а4
0
Гурвиц доказал, что для выполнения условия устойчивости необходимо,
чтобы определители матрицы были положительны. Методика вычисления
определителей излагается в курсе высшей математики. Аналитический метод с
применением алгебраических критериев имеет существенные недостатки:
сложность вычислений при уравнениях высокого порядка; коэффициенты, характеризующие физические свойства отдельных звеньев системы регулирования, входят в неравенства в столь сложных сочетаниях, что в ряде случаев бывает трудно оценить в каком направлении влияет изменение параметров того
или иного звена (усиливает или ослабляет их); необходимо располагать уравнениями всех звеньев, что практически не всегда возможно, так как бывают случаи, когда характеристики отдельных звеньев могут быть сняты только экспе-
риментально и трудно поддаются аналитическому выражению.
10
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]