Параметричний синтез регулятора дизель-генераторної енергетичної установки - Автореферат

Віяльні вимикання електроенергії приводять до численних аварій в системах електропостачання міст, внаслідок чого лишаються електроенергії обєкти з безперервним циклом виробництва, лікувальні заклади, тваринницькі ферми. Державне підприємство “Завод імені Малишева” на базі танкового двигуна 5ТДФ розробило автономну енергетичну установку, що містить синхронний генератор з регулятором напруги, і випускається як у стаціонарному, так і у мобільному виконанні. Робота виконувалась згідно з Постановою Кабінету Міністрів України №191/2 "Про спеціалізацію підприємств оборонної промисловості по випуску народно-господарської продукції" від 14 квітня 1992 р. у рамках державної науково-технічної програми “Конверсія”, для Державного підприємства “Завод імені Малишева”. Мета дисертаційної роботи полягає в розробці регулятору дизель-генераторної енергетичної установки, що забезпечує високу стабільність частоти виробляємої напруги і високу паливну економічність дизеля. Наукова новизна роботи полягає в розробці нової, невідомої раніше математичної моделі збуреного руху дизель-генераторної енергетичної установки, формалізації вимог до якості виробляємої електроенергії і в рішенні задачі параметричного синтезу регулятора дизель-генераторної установки, що дозволяє отримати чисельні значення коефіцієнтів посилення регулятору, який забезпечує високу якість і економічність виробляємої електроенергії.Постійність амплітуди виробляємої напруги при змінному навантаженні досягається системою стабілізації вихідної напруги (ССВН), яка містить датчик струму (ДТ) і регулятор обмотки збудження (РОВ), а постійність частоти вихідної напруги досягається за рахунок постійності кутової швидкості обертання колінчатого валу ДВЗ при постійній настройці всережимного регулятору паливоподачі (ВР). При роботі ДГУ мінімізація витрат палива досягається утриманням робочої точки ДВЗ на характеристиці мінімальної витрати палива. Зміна навантаження в електричній мережі приводить до зміни навантаження на колінчатому валі дизеля і до переміщення робочої точки по регуляторній характеристиці 3 з характеристики мінімальної витрати палива 5 в стан 7. Для повернення робочої точки на характеристику мінімальної витрати палива слід змінити момент навантаження на колінчатому валі до колишнього значення. , (9) де рівняння (3) являє собою умову динамічної рівноваги колінчатого валу; рівняння (4) описує зміну активного моменту ДВЗ при зміні паливоподачі; рівняння (5), (6) і (7) описують динаміку відцентрового чутливого елементу, сервомотору вимірювача і паливного сервомотору відповідно; рівняння (8) описує динаміку роботи ТПЧ, а рівняння (9) - динаміку роботи електромеханічного посилювача.Запропонована функціональна схема регулятора ДГУ, в якому, порівняно із штатним варіантом, введено регулюємий тиристорний перетворювач частоти, блок зміни настройки всережимного регулятора дизеля і електронний регулятор, що формує сигнали управління на тиристорний перетворювач частоти і на блок зміни настройки всережимного регулятора. Розроблена математична модель збуреного руху замкненої системи автоматичного управління ДГУ, що містить рівняння обєкта управління, чутливих елементів, посилювально-перетворюючих пристроїв та виконавчих органів системи. Формалізовані вимоги до замкненої системи автоматичного управління ДГУ, що забезпечують високу якість виробляємої електроенергії і високу паливну економічність ДГУ. Проведено статистичний аналіз зовнішніх збурень, що діють на ДГУ, і побудована розширена математична модель збуреного руху замкненої системи автоматичного управління ДГУ. Доведено, що математична модель збуреного руху ДГУ, що містить 10 лінійних диференційних рівнянь першого порядку, при збуренні у вигляді кольорового шуму з заданими статистичними характеристиками еквівалентна математичній моделі, що містить 14 лінійних диференційних рівнянь першого порядку при збуренні білим шумом тієї ж інтенсивності.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ

1. Недоліками відомих автоматизованих ДГУ є, по-перше, недостатньо висока точність утримання заданої частоти виробляємої напруги перемінного струму і, по-друге, недостатньо висока паливна економічність. Перший недолік зумовлений високим ступенем нерівномірності механічного всережимного регулятора паливоподачі дизеля, а другий - роботою дизеля в неоптимальних, з точки зору паливної економічності, режимах.

2. Запропонована функціональна схема регулятора ДГУ, в якому, порівняно із штатним варіантом, введено регулюємий тиристорний перетворювач частоти, блок зміни настройки всережимного регулятора дизеля і електронний регулятор, що формує сигнали управління на тиристорний перетворювач частоти і на блок зміни настройки всережимного регулятора. Запропоновані алгоритми управління, що реалізуються електронним блоком.

3. Розроблена математична модель збуреного руху замкненої системи автоматичного управління ДГУ, що містить рівняння обєкта управління, чутливих елементів, посилювально-перетворюючих пристроїв та виконавчих органів системи. Рівняння приведені до нормальної форми, що містить 10 лінійних диференційних рівнянь першого порядку.

4. Формалізовані вимоги до замкненої системи автоматичного управління ДГУ, що забезпечують високу якість виробляємої електроенергії і високу паливну економічність ДГУ. Ці вимоги подані у вигляді вимоги мінімуму інтегрального квадратичного функціоналу.

5. Сформульована задача параметричного синтезу регулятора замкненої системи автоматичного управління ДГУ і побудована область допустимих значень параметрів замкненої системи.

6. Проведено статистичний аналіз зовнішніх збурень, що діють на ДГУ, і побудована розширена математична модель збуреного руху замкненої системи автоматичного управління ДГУ. Доведено, що математична модель збуреного руху ДГУ, що містить 10 лінійних диференційних рівнянь першого порядку, при збуренні у вигляді кольорового шуму з заданими статистичними характеристиками еквівалентна математичній моделі, що містить 14 лінійних диференційних рівнянь першого порядку при збуренні білим шумом тієї ж інтенсивності.

7. Розвязана задача параметричного синтезу регулятора ДГУ, в результаті чого отримані чисельні значення коефіцієнтів посилення каналу управління ТПЧ і каналу управління настройкою ВР дизеля .

8. Проведені експериментальні дослідження ДГУ з розробленою системою автоматичного управління у складі розробленого дослідницького стенду, що містить імітатор електричного навантаження у вигляді асинхронного електродвигуна, механічно повязаним з електричним навантажувальним гальмівним пристроєм. За допомогою навантажувального гальмівного пристрою задавались режими ступінчастого збільшення і зменшення навантаження. Аналіз перехідних процесів дозволив зробити висновок про те, що запропонована система автоматичного управління ДГУ з високим ступенем точності підтримує значення параметрів генеруємої електроенергії. Час перехідних процесів при зміні режимів навантаження не перевищує 0,65 с. Перехідні процеси носять аперіодичний характер, що свідчить про зменшення витрати палива у порівнянні з серійним регулятором.

1. Александров Е.Е., Отман А. Оптимизация динамических процессов в дизель-генераторной силовой установке // Информационные технологии: наука, техника, технология, образование, здоровье: Сборник научных трудов ХГПУ. Вып.6. В четырех частях. -Харьков: Харьковский гос. политехн. ун-т, 1998. -Ч.2. -С.4-8.

Пошукувач вирішив задачу оптимізації динамічних процесів в дизель-генераторній силовій установці.

2. Александров Е.Е., Отман А. Автономная дизель-генераторная энергетическая установка на базе танкового дизеля 5ТДФ // Механіка та машинобудування. -1998. №1. -С.77-80.

Пошукувач зробив опис структурної схеми запропонованого авторами регулятора ДГУ.

3. Александров Е.Е., Отман А. Экспериментальные исследования автономной дизель-генераторной энергетической установки в составе нагрузочного стенда // Механіка та машинобудування. -1998. -№1. -С.81-83.

Пошукувачем наведені результати здійснених експериментальних досліджень автономної ДГУ.

4. Александров Е.Е., Сила Т.А., Отман А. Оптимизация параметров регулятора топливоподачи в дизель-электрической установке // Тр. Междунар. конф. "Информационные технологии: наука, техника, технология, образование, здоровье". -Харьков: ХГПУ. -1996. -С.11.

Пошукувач вирішив задачу параметричного синтезу регулятору ДГУ.

5. Александров Е.Е., Сила Т.А., Отман А., Воронцов С.Н. Математическое моделирование динамических процессов в дизель-генераторной установке // Тр. Междунар. конф. "Информационные технологии: наука, техника, технология, образование, здоровье". -Харьков: ХГПУ. -1997. -С.217-219.

Пошукувач розробив математичну модель збуреного руху ДГУ.

6. Александров Е.Е., Отман А. Дизель-генераторная энергетическая установка // Тр. Междунар. конф. "Информационные технологии: наука, техника, технология, образование, здоровье". -Харьков: ХГПУ. -1997. -С.220-222.

Пошукувачем зроблено опис автономної ДГУ, що містить танковий дизель 5ТДФ та синхронний генератор СГ-200.

7. Александров Е.Е., Отман А., Сила Т.А. Разработка регулятора для дизель-генераторных установок // Тр. Междун. конф. "Проблемы техники, технологии и экономики машиностроительного производства". -Краматорск. -1996. -С.7.

Пошукувачем запропонована структурна схема регулятора ДГУ.

8. Александров Е.Е., Отман А., Грита Я.В. Параметрический синтез регулятора топливоподачи дизель-электрической установки // Тр. конф. "Автоматика-96". -Севастополь. -1996. -С.9-10.

Пошукувач поставив проблему параметричного синтезу регулятора ДГУ.

9. Александров Е.Е., Отман А., Сила Т.А. Экспериментальные исследования автоматизированной дизель-генераторной энергетической установки // Тр. Междунар. конф. "Машиностроение и техносфера на рубеже XXI века". -Донецк: ДОНГТУ. -1998. -С.20-23.

Размещено на .ru