автореферат диссертации по электротехнике, 05.09.03, диссертация на тему:Судовые электроэнергетические установки подчиненного управления

. „ ■' госудАРСтвЕнниИ ком лет российской фещерацл

ПО ВУСШШ О ¡"РАЗОВАН<30

САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ МОРСКОЙ ТЕХНИЧЕСКИ

УНИВЕРСИТЕТ

На правах рукописи БОГОМОЛОВ Вдлерий Сергеевич

. УДК 621.313.322:629.12

СУДОВЫЕ ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ УСТАНОВКИ ПОДУШЕННОГО УПРАВЛЕНИЯ

Специальность 05.09.03 - электротехнические комплексы

и системы, включая их управление и регулирование

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание учёной степени доктора технических наук

Санкт-Петербург

1ЭЭ5

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КСШТЕТ РОССЖХОЙ ФЕДЕРАЦИИ ПО ВЫСШШ ОБРАЗОВАЛА30

САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ МОРСКОЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ

УНИВЕРСИТЕТ

На правах рукописи БОГОМОЛОВ Валерий Сергеевич / . УДК 621.313.322:62^.12

СУДОВЫЕ ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ УСТАНОВКИ • ПОДЧИНЁННОГО УПРАВЛЕНИЯ

Спепиалькость 05.09.03 - алекгротехнические комплексц

и системы, включая их управление и регулирование

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание учёной степени доктора технических" наук

Санкт-Петербург 1995 '

Лиссертацио! шал ] а'ота вшюлнека на кафедре электротехники : электрооборудования судов Санкт-Петербургского государственного морского технического университета

Научны?, консультант гоктор технических наук, профессор

K.'iPEEB D.H.

i i

Офипиалгнне оппоненты; доктор технических наук, профессор

КУЗНЕЦОВ С.Е. доктор технических наук, профессор КОНСТАНТИНОВ В.Н. доктор технических наук, профессор 'ЦЕЖЯЦКИЙ В.А.

Ведущее предприятие - Государственный проектно-конструктор-скгй институт рыбопромыслового флота (гжтгогыбиот)

Защита лиссертации состоится 1995 г.

в '' часов в аупитории на заседании писсертациопного

совета Д 053.23.02 при Санкт-Петербургском государственном морском техническом университете •

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке СП6Г5/ТУ

Автореферат разослан p^^fy"? 1995 г.

Отзыв на автореферат, заверенный печатью, в одном экземпляре просим направлять в диссертационный совет по адресу: 190008, Санкт-Петербург, Лоцманская ул., д. 3.

УчённЗ Секретарь диссертацнош. это совета Д 053.23.02 гоктор технических наук, профессор/ I ДЯДЖ А.Н.

ОЩЩ ХАРАШРЛ(Л',!КА PALÜTU

Актуальнооуьг Дальнейшее развитие морского транспорта и флота рыбной промышленности отраны идёт путём пополнения флота новыми экономичными судами о высокими показателями производительности и надёжности, повышения уровня технической эксплуатации и улучшения использования ухе девствующего флота.

Для реализации этих путей развития флота среди множества других должна быть решена проблема разработки систем .автоматического управления (CAJ) судовых электроэнергетических установок (СЭЭУ) с применением новых принципов управления и о реализацией на новейшей элементной базе с испольаованием микропроцессорных средств (U1IC), что обеспечит повьваекив технической аЬ;«ктивности и расширение функциональных возможностей СЭЗУ и оудна в целом»

Вакной тенденцией в современном судостроении является повышение энерговооружённости судов и мощности СЭЭУ, а решение задачи сбережения топливно-энергетических ресурсов ,(ТЭР) на судах является важным фактором повышения технико-экономической эффективности флота в целом. В связи с этим на судах, особенно на промысловых, получили большое распространение валогенераторные установи (ВГУ), используемые как в ходовом, так и в траловом режимах.

Усилиями учёных Сазонова А.Е,.Нелепина Р,А,.Розенвассера E.H., Константинова В.Н,.фрейдзона И,Р,.Вилесова Д,В..Недялкова К.П,,Пет-рова Ю.П,.Баранова А,П,.Норневского Б,И,.Михайлова В.А..Рукавишникова С,Б..Хайкина А.Б.,Целемвцкого В,А.,Хомякова К.М,.Лукомского Ю. А,.Катханова Ы.Н, и других в настоящее время уже решены многие важные .задачи управления такими оложными судовыми техническими объектами как СЭЭУ, СЭХ, алектротехнические комплексы. В частном ¿, разработаны методы проектирования СЗЭУ. СЭХ на основе максимального использования априорных сведений об объекте и воздействиях «е него и лр_

Вместе р тем, как показывает опыт эксплуатации современных, используемых на судах ВГУ, они не воегда обеспечивают достаточную надёжность функционирования и требуемые параметры качества напряжения, особенно при резких и значительных отклонениях чаототы вращения греоного вала. Не обеспечивается длительная параллельная уотойчивая работа валогенераторов (ВГ), что приводит к неоптималь-

I

ному распределению электроэнергии и нагрузок между нищ и снижает

I

надёжность их работы. Это связано о тем, что в системах управления ВГ используется, в основном, принцип регулирования по отклонению, который не учитывает в полной мере влияние всех факторов, действующих на САУ, и не обеспечивает требуемого качества управления ВГУ.

Это выражается в том, что в СЭУ с ВГУ не синтезируются, а затем и не реализуются оптимальные режимы функционирования оудового машинодвихительного комплекса (&ЩК) ,-обеспечивающие значительную вкономию дизельного топлива при снижении частоты вращения гребного вала и изменении шагового отношения винта регулируемого шага (вщ) для поддержания^требуемой величины скорости хода судна, гарантирующие её максимальную эффективность.

Неэффективное использование указанных факторов и режимов овя-зано с неоптимальным и не надёжным управлением ВГУ, недоиспользованием резервов характеристик статический полупроводниковых преобра-вователей и электрических машин ВГУ. Поэтому решение проблемы повышения качества управления СЭУ и СЭЭС о ВГУ и оптимизации параметров переходных процессов и стационарных режимов ВГУ является важной и актуальной народнохозяйственной задачей. Это подтверждается тем, что постакленные задачи входят в круг вопросов отраслевых комплексных программ Государственного Комитета по рыболовству РФ, "Комплексная программа сокращения расхода и эффективности использования горюче-смазочных материалов на судах флота рыбной промышленности", М 961/61-06-001 МП, и Госкомитета по судостроению РФ

"Разработка комплексной системы управления транспортных судов с применением микропроцессорных средств".

Решение указанных проблем требует разработки'закона и алгоритма оптимального управления электрическими параметрами Дуловых ЭЭУ о ИГУ в переходных и стационарных режимах на основе применения принципов подчиненного управления с использованием микропроцессорных средств.

»Цель исследованияг Целью диссертационной работы является решение научной проблемы разработки теоретических осноп повышения качества управления судовыми электроэнергетическими установками с валогенераторами и системами электродвижения па основе испольлова-ния принципов подчинённого управления .электрическим! параметрами режима (напряжением и током), приводящих к расширению области использования таких установок, повышении эффективности технической . эксплуатации флота за счёт значительной экономии топливно-энергетических ресурсов судов.

Новизна работы. Научную новизну диссертационной работы составляют:

1. Методология исследования и синтеза автоматического управления СЭЭУ с подчинённым управлением со связью регуляторов через объект управления, включающая совокупность разработанных законов, алгоритмов и средств управления параметрами СЭЭУ с подчиненным управлением в переходных ренимах работы, приводящих к достижению нового качества управления напряжением и током,

2. Принципы классификации ВГУ,

3. Математическая модель судовых электроэнергетических систем подчиненного управ., зния по нагрузке для определения оптимальных параметров астатического регулятора напряжения и метод математического мм^мирвмшия прев««сев в СЭЭУ, «Мадеяияцгё снизить порядок решаемо« системы. Произведена адаптация метода к требованиям модели-

- 6 -

ронпния новых ключевых элементов СОЭУ.

4. Алгоритм Функционирования астатического регулятора напряже--пш и ого корректирующего звена п С?ЭУ ггля реализации яя судах о использованием МПС, обеспечивающий требуемое качество управления.

5. Метогты и срегства синтеза ВГУ с переменной частотой вращения на основании комплексного критерия эффективности,

I

6. 7етодн и сротгства синтеза схем ВГУ и гребных алеррических уст-топок (ГЭУ) о полчиночным управлением по нагрузке пМ промысловых супов липового ряда, позволяющие получить требуемое качество управления напря-конием и током.

7. Астатический интегрально-пропорциональный С®) регулятор напряжения ПГУ и устройство для обеспечения длительной параллельной работы ВТ, а также вало- и дизель-генераторов с подчиненным управлением но нагрузке, позволяющие реализовать требуемые параметры качества перехоттннх процессов напряжения.

Новизна теоретических положения и выводов диссертационное работы и полученных на их основе технических решений поптвержлена авторскими свидетельствами на изобретения.

Методы исследования, Методы исследования базируются на теории автоматического управления и регулирования, системном анализе и теории больших, многосвязннх систем, методах математического и физического гопелирования, теории экспертных опенок, теории нелинейных дифференциальных уравнений, теории вероятностей, массового обслуживания, алгоритмов, графов.

Основные научные положения, вынесенные на защиту:

1. Предложенные принципы классификации СЭ?У с ВГУ.

2. Теоретические основы проектирования систем подчиненного управления со связью регуляторов через объект управления.

3.Методология анализа и синтеза систем подчиненного управления

■ю нагруз'/е с учетом особенностей. .1 параметров су/говых ЭЗУ.соперка-щпх асинхронную, шлтУ^У.полутровопняксвые преобразователи.

4. Принципы управления, математические модели, алгоритмы моде-шрования и управления электрическими параметрами СЭЭУ с системами годчинённого управления по нагрузке.

5„ Методы и аппаратурно-алгоритмическое обеспечение качества /правления электрическими параметрами в суповых ЭЭУ с БГУ и ГЭУ.

6. Алгоритм функционирования астатического регулятора напряге-шя с корректирующим звеном для их реализации с помощью микропроцессорного устройства,

е

Практическая,ценность и внедрение результатов. Научны^ результаты диссертационной работы являются основой .пля внедрения предлагаемых практических рекомендаций на супах рыбопромыслового и транспортного флота. Они использованы:

Калининградским ПОРП при применении рекомендаций по расчёту и настройка корректирующих звеньев регуляторов напряжения ВГУ судов РТМ-С типа "Прометей"; Калининградской БТФ при эксплуатации 'ЛП-ре-гуляторов напряжения на судах РТМ-С при переменной и постоянной час-готе вращения гребного вала; Литовским государственным предприятием рыболовного (|шота при эксплуатации судов РТУ-С в оптимальном по расходу топлива рекиме судового МДК; Рижской БТФ при эксплуатации астатического КП-регулятора напряжения в ВГУ судов РТМ-С; в проектных организациях ЦКБ "Восток" и КБ Калинилградского ПОРП и БТФ, про-ектно-конструкторском институте "Гипрорыбфлот", в учебном процессе в Калининградском государственном техническом университете, Санкт-Петербургском государственном морском техническом университете, "анкт-Петербургской государственной морской акапеш.л, Калининградской государственной академии рыбопромыслового флота.

Апробация работы.. Диссертационная работа и отдельные ей главы докладывались и обсуждались на научно-технических кон^еренц .х: "Автоматизация процессов управления техническими средствами иссле-

довамия гирогбго океана", АН СССР, Москва, 1989 г,'; гтрофессорско-пропопавптельского состава Калининградских вузов УРХ СССР,Калининград, 1985,1907,1909 гг.; "Тренажеры в формировании профессиональных напшсов при подготовке специалистов", ЯНО АН СССР, Ульяновск, 1988 г.; на НТО Калининградского ПОРП и БТФ в 1990,1991,1992, 1993 гг.; Областной НТК, Калининград, 1934 г.; на кафедрах электротехники и алектрооборуттования судов Санкт- петербургского морского технического университета и Калшглнграттского технического университета, Ш,0,1991,1993,1994 гг.; на кафедре судовых автоматизированных электроэнергетических систем Санкт-Петербургской морской академии иг. атл.С.О,Макарова, 1991,1933 гг. •

П,у1лтсап:т. Основные научные результата, полученные в процессе исслетюпгшкй, отроены в 25 печатных работах, в том числе монографии, 15 научно-технических отчётах, выполненных самостоятельно и в соавторстве,- авторских свидетельствах на изобретение (перечень работ прилагается в списке литературы по автореферату).

Структура и объ"5м диссертации,. Диссертация состоит из введения, одиннадцати глав, заключения, списка литературы из 483 наименований • и 12 приложений. Общий объём составляет 464 страницы, в том Числе 106 рисунков и 46 таблиц. Основное содержание диссертации представлено на 356 страницах 'машинописного текста.

Участие автора в получении научных результатов, изложенных в диссертационной работе, Основные научные положения и результаты получены автором лично в период с 1985 по 1993 г. Основные результаты теоретических и экспериментальных исследований по синтезу алгоритмов и устройств систем управления СЭЭУ получены автором лично.В создании базовых схемных решений устройств автоматики и силовой полупроводниковой техники схем ялектровнергетических установок с ВГУ автору принадлежат основные идеи. Исследования и испытания экспериментальных образцов синтезированных в диссертационной работе алемев-

тов и устройств систем управления выполнялись под научным руководством и при непосредственном участии автора.

Достоверность полученных результатов.Корректность применяемых методов исследования и синтеза автоматических средств подтверждается натурными испытаниями и результатами эксплуатации внедрённых систем подчинённого управления напряжением и током на судах,

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ / •

I

Во введении представлено обоснование темы диссертации, сформулированы задачи исследования, намечена последовательность проведения научной работы, определены пути решения поставленных задач.

Первая глава посвящена анализу ойыта эксплуатации современных промысловых судов, имеющих валогеиераторн, играющие основную роль в снабжении электроэнергией судовых потребителей. Показано, что дальнейшее развитие ВГУ определяется расширением области применения ВГ путём их использования' на только в ходовых, но и в маневренных режимах, что обусловливает повшение качества регулирования напряжения в условиях резких и значительна отклонений частоты вращения гребного вала,

Анализ состояния проблемы управления ВГУ показал,, что системы управления ВГ эффективно стабилизируют напряжение с требуемой точностью, однако они не обеспечивают достаточной его надёжности в •условиях равнопеременной нагрузка на греблом валу; на ряде судов имеют место автоколебания напряжения в стшшонарннх режимах, приводящие к неустойчиво?.^ переходному процессу и отключениям ВГ [1,4,5]» Анализ споссбоц фупецьояарооенвз сиетеи управлзния ВГ показал» ето они построэнц,. л оснозпем, на одинаковых пршпщпые управ чшия

теЯствуют по'отклонению регулируемой величины. Они представляют •обой, сложные многоконтурные САУ о нелинейными элементами.

ВГУ современных промысловых судов эксплуатируются при постоянной частоте вращения, используются синхронные ВГ, в основном, с бесщёточным исполнением, регуляторы напряжения выполнены по микромодульному принципу с элементами дискретной электроники. Анализ условий работы ВГУ показывает, что совершенствование систем стабилизации напряжения и повышение ндпсг-шости их функционирования во всех режимах приводит к расширению области использования ВГ и, соответственно, к значительной экономии дизельного топлива и сохранен™ шторе-сурса вспомогательных ДГ.

Во второй главе разрабатывается методология исследования и проводится исследование качества управления нелинейных САУ напряжением ВГ, На основании анализа работ Солодовникова В.В.,Фельдбаума A.A., Красовского А.А.,Гольдфарба Л.С.,Попова Е.П.,Пальтова И.П..Вавилова A.A. обоснован выбор метода исследования устойчивости и параметров качества управления для нелинейных САУ - метод гармонической линеаризации с использованием нормированных логарифмических характеристик (ЛХ) нелинейных элементов (НЭ), позволяющий использовать ЛХ типовых НЭ и определять амплитуду и частоту периодического решения в стационарных режимах, а также параметры переходного процесса.-

Системы управления напряжением ВГ включают в себя НЭ, характеристики которых не могут Чыть линеаризованы, например тиристоры, блс кинг-генераторы, имеющие характеристики релейного типа. Семейство нормированных ЛХ ¿0 функций смещения релейного эле-

мента с идеальной релейной характеристикой при jn = A>lfl, строятся в соответствии с выражениями

'. Щ)- 20 е$ ±\ff--fty)*, ;

iney^ - гмплитуда периодического решения в относительных единицах,

- величина смещения.

Области изменения параметров нелинейной САУ, в которых пер>. ходных процесс напряжения будет устойчивым, определяются по расш, ренным ЛХ системы и ЛХ НЭ ¿[а}> У(^), на основании

которых строится кривая переходного процесса напряжения ВГ, по которой находятся величина перерегулирования и время переходного процесса.

В результате проведенного исследования определено, как пра-' вило на судах рыбопромыслового флота, в частности на судах РТМ-С ("рыболовный траулер морозильный супер) тина "Прометей", СТЫ (средний траулер морозильный) типа "Орлёнок" и БМРТ (большой морозильный рыболовный траулер) типа "Иван бочков", величина перерегулирования напряжения в условиях резких колебаний частоты вращения может превысить значение, регламентированное Регистром РФ для судовых ЭЭУ. На некоторых судах, например на судах типа СТМ, величина амплитуды автоколебательного цикла напряжения достигает 10-15 %, что выходит за пределы статической точности и при неблагоприятных условиях (значительное возмущающее воздействие) в нелинейной САУ приводит к расходящемуся колебательному процессу напряжения и неустойчивому режиму работы регулятора напряжения ВГ [26,27].

Ьа рис. I показана диаграмма качества переходного процесса напряжения ВГ на судах СШ, устанавливающая связь между текущими значениями амплитуды <х , частоты ¡0 и затухания о" колебательного процесса напряжения. Анализ диаграммы позволил установить, что для исключения возможности появления автоколебательного цикла напряжения на судах СШ целесообразно уменьшать величину коэффициента усиления регулятора напряжения ВГ на 15$.

других промысловых судах напряжение стабилизируется в пределах статической точности 1,5 - 2,0 % от номинального значения.

Третья глава посвящена разработке теоретических основ принципа чин "'иного управления ВТ со связью регуляторов через объект управ-'.;я, то есть со сторони нагрузки.

Система управления ВТ рассматривается как двухконтурная система :>:,Ч1;н";шого управления, в которой первый контур - регулятор напря-енпя (РН) иоцчинон второму контуру -« регулятору частоты вращения

4 '

(ГЧВ). Особенность ланной системы заключается в том, что| связь меж-му регуляторами осуществляется через объект управления. Система подчиненного управления (СПУ) по нагрузке действует как комбинированная СЛУ, а не только по отклонению, поскольку изменение частоты вращения ГЛ характер» ;ует и позволяет количественно оценить возмущения по н.чгрупке. Слеропательпо, РЧВ ,пег:стзует по возмущению. Структурно! схема СПУ по нагрузке ВГУ показана ла рис.2, где обозначено: Ту[{,Т ,ТГ,ТМ- постоянные времени РН и РЧВ, ВТ и механическая соответственно; Кун,КуС,Кг,Кон,К00- коэ'Мшиентц усиленна РН, РЧВ, ВТ, обратных связей по напрячепшо и частоте вращения; СрЯ(р) ,С^(р) -передаточные функции ?Н и РЧВ, [17}.

На оспопании анализа трудов Слс"ановского 0.В.»Лебедева Е.Д., Нежарка В.Е..Пистрака К.Я..Веингера к.П.»Рудакова В.В..МартакаГне-на Р.П.,Фишбейна В.Г.«Чиликина М.Г..Бычкова З.П..Кесслера К.и других разработана методика синтеза регулятора напряжения ВГУ, обеспечивающего оптимальное качество управления напряжением, на основе метода астатической последовательно^ коррекции. В качестве критерш оптимального переходного процесса принят технически! оптимум, устанавливающий оптимальное количественное соотношение ме;;;ду величиной перерегулирования и временем переходного процесса, обеспечивая требуемое быстродействие РН при нулевом статизме СЛУ. Здесь определяются условия минимума интеграла

5 [1 + (гр)г].:г</Г, (I)

где Г- относительное безразмерное время; X переходная

<Г-ункшш.

\ \ 05даст \ <0 \ 0.5 *

V* ¡кимо& \

цц цг

2, о ь>

Рис. I. Диаграмма качества переходного процесса нгшрякения валогенератора на супах Ста

Кс

лгг4.»

СЦр)

рн

лУ,

АС

Ян

К ун

1+

) й Кг

1 *~ТгР

Кус

ос

Рис. 2. Упрощенная структурная схема системы подчинённого управления по нагрузке валогензраторной установки

Лри заданных Т и Хс полученный интеграл имеет минимум, если

Экспонента (2) представляет собой экстремаль, минимизирующую •.теграл (I).

Методика систеза регулятора СГХУ по нагрузке включает этапы лоследования качества управления синтезированного регулятора, а также учитывает особенности и количественные данные систем управления судовых ЭЭУ,[I].

В ходе синтеза оптимального регулятора напряжения ВГ производится компенсация динамических звеньев объекта управления. При этрм идеальная компенсация нецелесообразна, поскольку САУ оказалась бы неработоспособной вследствие наличия высокочастотных возмущений, которые не отфильровываются инерционностью элементов оис-темы. Компенсация звеньев регулятора напряжения с малой постоянной времени приводит к неоправданному усложнению СНУ, поскольку влияние этих постоянных времени на переходных процесс незначительно. Поэтому при последовательной коррекции производится компенсация средних и больших постоянных времени регулятора напряжения ВГ и включение в разомкнутую цепь регулятора напряжения интегрирующего динамического звена.•

Для ВГУ промысловых судов указанных типов синтезирован астатический ИП-регулятор напряжения. Постоянная интегрирования регулятора выбирается из условия обеспечения оптимального быстродействия СНУ при нулевой статической ошибке. Введение астатического регулятора позволяет сохранить высокую точность стабилизации напряжения ВГ при снижении коэффициента усиления. Снижение коэффициента усиления в синтезированном регуляторе напряжения отразится лишь на. быстродействии системы, которое находится в пределах, удовлетворяющих требованиям по качеству регулирования [4,5,9,14,16,32].

есть

-Л

С*)

-15-

Передаточная функция Ш-регулятора напряжения имеет вид

Нт

■ КонКуКг V где - сопротивление цепей РН;

Кон - коэффициент обратной связи по напряжению ВТ;

Кр - коэффициент усиления ВГ;

Ку - коэффициент усиления электронного усилителя ВГ; Тг - постоянная времени ВГ;

Т|а - постоянная интегрирования, выбираемая из условия'обеспечения оптимального быстродействия СПУ при нулевой статической ошибке'.

Принципиальная электрическая схема ИП-регулятора напряжения ВГ показана на рис.3.

Щых

Рис.З» Принципиальная электрическая схема ИП-регулятора напряжения 2Г

Для оптимизации ларалютров ИВ-ригулятора напряжения - вели-.ч сопротивлений и ёмкостей корректирующего звена регулятора ис-■льзован интегральный кватфатичный критерий, выражаемый в виде

з =

Г»

где и(1) - переменная величина напряжения ВГ; ^/С)- заданная величина напряжения ВГ.Учитывались отклонения напряжения ВГ в сторону увеличения и уменьшения от заданного значения напряжения ВГ. 13 результате оптимизации определено значение эквивалентной постоянной времени СПУ по нагрузке, на основании которого выбирались величины сопротивлении и ёмкостей, обеспечивающие оптимальный нере-ходный процесс.

Компенсация внутренней обратной связи СПУ при изменении частоты вращения ВГ осуществляется путём введения в СПУ дополнительных компенсирующих обратных связей к цепи якоря ВГ или ко входу регулятора напряжения. Относительная сложность реализации указанных связей позволяет принять синтезированный ИП-регулятор замкнутой системы управления ВГ с учётом внутренней обратной связи, поскольку он обеспечивает параметры качества переходного- процесса, близкие к оптимальным на судах промыслового флота.

Анализ качества управления синтезированного регулятора напряжения методом гармонической-линеаризации показал, что параметры переходных процессов и установившегося режима напряжения ВГ на указанных судах соответствуют требованиям Регистра РФ к судовым ЭЭУ.

В четвёртой главе описываются способы реализации астатического ИП-регулятора напряжения. Рекомендуется использование корректирующего звена (КЗ) ИП-типа, включаемого в обратную связь по напряжению, охватывающую действующий усилитель в схеме регулирования напряжения ВГУ. Конструктивно КЗ выполняется с применением резисторов переменной величины и ряда конденсаторов, заключённых в

общий корпус в виде комплектного блока-приставки, присоединяемой к действующей схеме управления напряжения QI'. КЗ может бить выполнено электромонтажным предприятием, на судостроительном или судоремонтном заводе либо силами судового экипажа. Переменные величины сопротивлений и ёмкостей КЗ позволяют изменять параметры качества переходного процесса напряжения ВТ и обеспечивают достижение оптимального качества управления. В этом случае не требуется значительная модернизация действующей схемы управления ВТ.

Целесообразна реализация Ш-регулятора напряжения BI' на базе микропроцессорного устройства, позволяющего оптимизировать качество управления напряжения в автоматическом режиме и одновременно обеспе-' чивать другие управляющие функции, например режима работы ГД при переменной частоте вращения гребного вала. Разработана математическая модель алгоритма управления Щ-регулятора напряжения ВТ для реализации в микропроцессорном контроллере "Электроника ЦС27.02" с иельш его применения в ВГУ прсмысдовых судов РТМ-С.

Возможна реализация Ifll-регулятора напряжения на базе применения типовых блоков УБСР и их модификаций, однако для этого требуется их конструктивное выполнение в судовом исполнении, и, кроме того, это приводит к существенной модернизации схемы управления ВГ. Поэтому данный способ реализации можно рекомендовать для ново-строящихся судов.

В пятой главе разрабатывается математическая модель СПУ по нагрузке для математического моделирования валогенераторной установка не персональной ЭОД типа Ш1 с использованием языка Basic. Модеуь позволяет экспериментально проверить функционирование ВГУ подчинённого управления и достижение оптимального качества управления при определённых параметрах КЗ ИП-регулятора напряжения. Математическое моделирование СПУ по нагрузке имеет самостоятельное

• •«зние. поскольку модель разработана о учётом коэффициентов ■иронкых генераторов оерии МСС, широко распространённых в ЭЗУ удов отечественной постройки, а также генераторов оерии БСГБ , применяемых на промысловых судах флота рыбной промышленности. В связи с етим моделирование выполняет также функция проверки функции нирования ВГУ подчинённого управление перед проведением натурного эксперимента на промысловых судах [20]. |

При разработке модели учитывались дифференциальные уравнения в линеаризованном виде синхронного генератора, оТатической и асинхронной нагрузки, регулятора напряжения, привода дизель-генератора, привода ВТ - пропульсивного комплекса судна о учётом особенностей работы тралового комплекса промыслового судна, а также уравнения корректирующего звена астатического НП-регулятора напряжения, имеющего вид

где и, и£ - изменения напряжения ВГ и возбуждения соответственно, Тр Т2 - постоянные времени КЗ.

Получена математическая Модель объёмом 3560 строк.' Исследовались процессы пуска ВГ и ДГ с КЗ и без него, процессы при набро-се статичеокой и асинхронной нагрузки отдельно и совместно при наб-росе обоих видов нагрузки. В ходе математического моделирования .. для численного интегрирования уравнений использовался метод Рунге-Кутта.Результаты моделирования представлены в виде графиков изменения токов и напряжений ВГ и ДГ, а таяж/е электрических параметров цепей возбуждения генераторов с протоколами, содержащими количественные данные параметров переходных процессов и установившего режима. В ходе моделирования определялось влияние КЗ Ш-регулятора напряжения на переходные процессы. При соотношениях постоянных времени КЗ Т2/Т-[- = 0,05 * ОД относительных единиц параметры

переходного процесса напряжения наиболее близки к оптимальным значениям, рассчитанным на основании технического оптимума. На основании величин постоянных времени КЗ определены параметры В.,С - элементов КЗ, обеспечивающие оптимальный переходный процесс напряжения ВТ на промысловых судах.

Величина статической и асинхронной нагрузки соответствовала статистическим данным усреднённой натруски ВГУ промыслового судна

типа РТМ-С. Вид переходного процесса зависит от характера нагруз-

/

ки. При статической нагрузке сохраняется устойчивый характер переходного процесса напряжения. При действии асинхронной нагрузки появляется апериодическая составляющая с небольшой амплитудой и сильно демпфированная по времени. Астатический ИП-регулятор напряжения регулирует амплитуду этой составляющей в пределах статической точности. Результаты моделирования показали, что синтезированный ИП-регулятор напряжения обеспечивает величину перерегулирования напряжения 4,5+5,5 относительных единиц и время регулирования в пределах 0,06 + 0,2 с при райоте с ВГ и ДГ, что соответствует данным технического оптимума.

Шестая глава посвящена описанию метода и результатов экспериментальной проверки функционирования предложенной в работе ВГУ подчинённого управления промыслового судна в реальных условиях експлуатадии. Натурный эксперггмент проходил на РТМ-С "В.Шевчук" в ходовом и траловом режимах работы ВГУ с астатическим ;Ш-регуля-торем напряжения. Испытывался опытный образец корректирующего звена ИП-регулятора напряжения, которое было включено в обратную связь по напряжении, охватывающую дейотвующиЁ тиристорный усили-'тедь регулятора напряжения РТМ-С.

Исследовались процессы пуска ЕГ на холостом ходу, наброса нагрузки в виде подключения для питания от ВГ электродвигателей

зрных лебёдок, ЭД компрессора охлаждения рыбы, являющихся наи- • оолее мощными потребителями электроэнергии ВТ, а также ЭД вентиляторов, траловых и гинь-талевых лебёдок и др. Производился наб-рос нагрузки путём подключения ЭД указанных механизмов, работающих на холостом ходу, а также при номинальной нагрузке. Записывались на фотобумагу переходные процессы напряжения ВГ, напряжения и тока возбуждения ВГ с подключённым КЗ Ш-регулятора напряжения и без КЗ.

Анализ полученных осциллограмм показал, что величина перерегулирования напряжения ВГ при пуске составляет 5-7 %, провал напряжения при подключении 602-ной нагрузки составляет 10-12 %, что не превышает предельные значения, регламентированные Регистром РФ. Время регулирования напряжения находится в пределах 0,2 с. При использовании ИП-регулятора напряжения ВГ величина перерегулирования при пуске уменьшилась на 4,0 %, при набросе нагрузки величина провала напряжения уменьшилась на 7,0 %, время регулирования оставалось близким к прежним•значениям.

Полученные результаты свидетельствуют об эффективности функционирования астатического Ш1-регулятора напряжения ВГ в условиях резкопеременной нагрузки на гребном валу. Результаты натурного эксперимента хорошо согласуются с данными математического моделирования СПУ по нагрузке; точность при натурных испытаниях составила 97,0 % (статическая ошибка в пределах 3,0 %), что удовлетворяет поставленным требованиям и подтверждает 'корректность предложенной математической модели и коэффициентов дифференциальных уравнений.

В седьмой главе проводится анализ существующих ВГУ с переменной частотой вращения (Л = 1/Я2) с целью определения рационал^ног варианта для применения на промысловом судне. Рассмотрены варианты ВГУ с синхронным генератором и преобразователем частоты (ПЧ), с ВГ

постоянного тока и инвертором, с асинхронным и асинхронизирован-ным синхронным ВГ, а также с электромеханическими "и гидромеханическими передачами. Рассмотрен также вариант ВГУ с синхронным генератором без преобразователя частоты, работающей при пониженной частоте гребного вала за счёт резервов электрических характеристик электрических машин.

Для определения рационального варианта ВГУ, работающей при

П - 1/01, используется системный подход с определением комплекс/

ного критерия эффективности "К" и уровней организации систем "О". Базой для методологии исследования современных ВГУ является применение теории больших систем. ВГУ удовлетворяют основным требованиям большой системы: I) обладают целостностью, то есть взаимосвязанностью и взаимозависимостью функционирования элементов системы, объединённых большим числом внутренних связей, приводящих к приобретен™ системой новых.качественных свойств, не присущих свойствам отдельных элементов, что характерно для схем ВГУ крупнотоннажных промысловых судов, где ВГ играют основную роль в снабжении электроэнергией судовых потребителей; 2) имеют иерархическую структуру; 3) подчинены необходимости выполнять свои функции в течение определённого времени, в определённых условиях с учётом накладываемых ограничений; 4) тяжёлым условиям работы, вызванным наличием разнообразных вариантов нагрузки, колебаниям напряжения и частоты ГД, увеличением количества и сложности новых элементов системы; 5) наличию элементов для резервирования и повышения надёжности. Поэтому при исследовании современных ВГУ невозможно оставаться на прпнци- , пах локальных методов расчета, следует всесторонне рассматривать систему с взаимосвязанными элементами и подсистемами.

Необходимость введения комплексного критерия вызвана также тем/ что связь частных критериев, отражающих отдельные свойства

.¡стемн, противоречива. Комплексный критерий позволяет принимать решения на принципах рационального компромисса, а оценку производить в условиях некоторого усреднения свойств и параметров системы. Функционирование ВГУ, зависящее от состояния системы, её элементов, связей и внешних воздействий можно понимать детерминировано лишь в весьма ограниченных йределах, поэтому комплексный критерй качества в общем случае имеет вероятностный сг^ысл.

I

Критерий эфгактивности объединяет противоречивые компоненты и записывается в виде

К = X.>

с

где - компоненты функциональных и конструктивных свойств

системы; у^/у - коэффициенты веса функциохгадьных и конструктивных свойств системы соответственно. ...

В качестве компонентов функциональных свойств ВГУ рассматриваются степень стабилизации напряжения и надёжность установки данной структуры и состава элементов. Конструктивные свойства отражают показатели использования топлива и электроэнергии, а также массо-габаритные характеристики системы. . *

В ходе расчёта компонентов комплексного критерия рассматривались основные режимы работы ВГУ промысловых судов: ходовой режим с охлаждением трюмов и без производственных операций, траловый-'режим с охлаздением трюмов, а также с выборкой трала без дополнительных производственных операций. При расчёте компонента X]- учитывалось наибольшее отклонение напряжения ВТ от установившегося значения; для расчёта компонента Ъ^ используется логико-вероятностный метод расчёта надёжности судовых электроэнергетических систем, где структура ВГУ описывается средствами математической логики, а количественная оценка её надёжности производится с помощью теории вероятностей. При опредэлении компонента Хд определялась загрузка элек-

трооборудования во всех режимах работы судна, а также расход топлива ГД с .учётом скорости судна и величины угла разворота винта регулируемого шага[23,34]„ При расчёте компонента Х^ учитивались масса и габариты ВГУ различных вариантов. Коэффициенты веса компонентов комплексного критерия определены методом экспертных оценок специалистов-электромехаников научных, проектно-конструкторских и сксплуа-тационных организаций, ркс. 4а,ри1=д=уи5='0,3;у^= 0,1).

Определение количественных показателей уровня организации ВГУ в связи со стохастическим характером процессов производится на базе теор;.д кассового обслуживания. ВГУ рассматривается с точки зрения обслуживания потока требований, возникающих в процессе ео функционирования. Отклонение состояния системы от заданного приводит к возникновению потока требований; любая неисправность системы связана с требованием на выполнение того или иного -вида восстановительных работ или обслуживания, а выход системы из. "состояния устойчивого равновесия приводит к возникновению переходного процесса или. необходимости обслуживания. .

При построении математической модели показателей уровня органи-■ задии изучается поведение источника требований. Рассматриваем две независимые в совокупности последовательности.случайных величия

{¿¿} и (Ы. 'V = О/,г,..„л.

Закон распределения при с & I принимаем связанным с процессом Пуассона. Для при I закон распределения показательный. Функции распределения непрерывны. Образуем две новые последовательности

Первая из реализуется с вероятностью а( , вторая - с вероятностью £ . При реализации первой последовательности рассмотрение процесса обслуживания начинается с отсутствия требования, для. второй - с наличия требования. Существуют математические ожидания я 11 ^ при Я I. Тогда + Ы^ = С1 • Рассматриваем случай при 0.

Процесс Пуассона определен как марковски!' процесс, вследствие оио'.стя которого интервалы ыскпу событ¡¡тли "наличие требований" вза-пмно независимы. С учетом этого вероятность возникновения требований в интервале (0,() в любо? момент вре:,:е.ш выражается формулой

с*

где Н(г') - 1ункш:и распределения требований; - мера Лебега;

/3 - предел вероятности поступлешт требований.

Дезорганизованному состоянию соответствует мера Лебега пересечения множества точек отрезка (0,0 и множество моментов наличгл требований, тс есть сумма длин интервала наличия требований -у(?) . Математическое 01'.пдание дезоргаинзовщшого состояния на отрезок времени (0, £) будет равно •

МуП) = / />/*М.

Для определения уровня организации по качеству Р1^ 0) находится время восстановления напряжения ВГ в соответствии с характером нагрузки. Проверяется соответствие гипотезы Пуассона распределению этого времени. В качестве критерия достоверности выбран критерий '/С ^ Пирсона с Юно степенями свободы. В 11Тоге определяются значена, со-ответствумщие интенснэностям наличдя требований. При определении уровня организации по надёжности Рн(0) определяется среднее время безотказной работы для опенки надёжности в течение длительного периода эксплуатации, ркс. 46.

Определение обобщённого уровня организации производится в соответствии с выражением

р (о)*рк(о)»р1;(о).>

Нахождение рационального варианта ВГУ с переменной частотой вращения производится путям определения области наиболее аффективных систем в зависимости от уровня организации, то есть производится

графо-аналитическое построение зависимости К , р1'с. 4в.

В результате расчёта комплексного критерия наиболее эффективными являются НГУ с СГ и ПЧ, ВГУ с электромеханическими передачами, а также ВГУ с СГ без преобразователя частоты. Данный вариант ВГУ может быть использован на промысловых судах при наличии резервов характеристик электрических машин для работы на пониженной частоте гребного вала. Наиболее организованными в процессе целенаправлен—' ного функционирования являются ВГУ с СГ и ПЧ, а также.ВГУ с электро- и гидромеханическими передачами.

В»восьмой главе описывается метод проведения и результаты натурного эксперимента на промысловых судах РТМ-С с ВГУ, работающей при пониженной частоте вращения гребного вала с астатическим ' Ш-регулятором напряжения. Целью натурного эксперимента являлось достижение экономии дизельного топлива в. оптимальном по расходу топлива режиме работы пропульсивного комплекса судна и проверка функционирования ИП-регулятора напряжения ВГ при переменной частоте вращения гребного вала.

Необходимая скорость судна может быть достигнута при определённом соотношении частоты вращения гребного вала "/¿" и величины отношения шага ВИЛ "н/Д ". Это позволяет оптимизировать режим работы пропульсивного комплекса судна по расходу топлива. Наличие синхронного валогенератора на гребном валу привело к тому, что преимущество одновременного использования двух факторов управления -изменения п а " и Е/3 , оказалось невыполнимым, что объясняется необходимостью стабилизации частоты вращения вала для стабилизации напряжения синхронного ВГ, питающего судовые потребители» Это привело я работе пропульсивного комплекса в неоптимальных условиях. На промысловых судах РТМ-С достижение -оптимального режима возможно без применения 114 при снижении .'частоты вращения

Р(О), о.е

•лм

• 4 , ^

\ И _X , [ . N т.

1—у— ■

\ \ N у N \ /%>>

I

ОЬ

0£

0,6 Р{о),<кг — Режим 1,2,5 Рехин 4

1 2 3 ^ £ барианты 3ГЦ

- Рехич 1,2,3

----Режим 4

Рис. 4. Расчетные данные крите-рчя эффективности К (комплексного)' и его компонентов (а^,уровни организации ВГУ по качеству Рк(0), по надежности Ры(0).обобщенные Р(0) для различных режимов работы ВГУ (б).; завискмссть эффективности К от уровня организации ВГУ (в)'. Варианты ВГУ: 1-е СГ и ПЧ;2-с СГ без ПЧ;3-с ГПТ и инвертором;4-с алектромеханич. передачей ;5-<т гидромеханической передачей.Режимы: 1-ход без производственных операций; 2-ход с охлагк.трюмов; 3-тра-лозий без произвол.опередиЙ; 4-траговий с охлаждением трюмов.

гребного вала и одновременного изменения шага ВИ! за счёт имеющихся резервов характеристик электрических машин. В условиях промысла ВТ работает в режиме частых включений и отключений, периодического. наброса нагрузки. При пониженной частоте параметры качества управления ВГ могут выходить за пределы, регламентированные Регистром РФ. Применение ИП-регулятора напряжения позволит обеспечить требуемые параметры переходного процесса напряжения ВГ •' при п =г^?,[б,15].

Натурный эксперимент проводился на РТМ-С "В.Шевчук", "Призвание V"Орфей", "Мамаев курган" и других.(всем на 16 судах). Исследовались процессы пуска и наброса нагрузки на ВГ в ходовом и траловом режимах. Астатический Ш-регулятор напряжения был реализован в виде КЗ, включённого в обратную связь по напряжению, охватывающую действующий усилитель системы .управления ВГ. Частота вращения ГД уменьшалась до 10 % от номинального значения, напряжение ВГ поддерживалось номинальным- за счёт электрических характеристик ВГ. Ток возбуждения и нагрузки ВГ и потребителей его электроэнергии увеличивался, но не превышал номинальных значений. Производительность технологических механизмов при этом изменялась в допустимых пределах и соответствовала практическим требованиям» При уменьшении частоты вращения вала в более широких пределах ('до 15 % от номинального значения)' целесообразно ступенчатое уменьшение напряжения ВГ для сохранения постоянства магнитного потока электрических машин £>8,29] .

При работе в оптимальном по расходу топлива режиме на судах. РТМ-С экономил дизельного топлива составила 200-250 т на одно судно в год (суточная экономия топлива составила 1,2-1,5 т), расход топлива ГД уменьшился на 20-22 %, расход смазочного лубри-каторного масла на 12-16 %. Электрические характеристики ВГ и потребителей его электроэнергии при Л - №1 показаны на рис.5, табл.1.

Таблица I

о] «лтернстики ВГ и ваерноЯ лебедки при п = 1/а» в реу.име трапеция

п. ■, О' .Д::-и 214 200 195 190 185 180

гля залогснератора П-'-С

1„. А 127 145 ' 156 167 178 192

1„. А еео это 1040 шо 1200 1280

илл влерноЯ леб'-;пки РТ'/-С

1н. А 300 050 375 400 415^ 425

Номинальные значения параметров рля супов РТ'^-С: а = 214 об/мин; для ВГ: ток возбуу.пешш 1в = 17Й А; ток нагрузки 1Н = Г780 А ; пля ваерно1 лебедки 1„ = 520 А.

(00..

поп

г)

С № хг/нчл

о^о

ею

а&о ({225 <Ц50

\

\ 2/у££. //

// /

/А?

195 *601 £¿1 К.3

ГО ГЗ Ъ'УЗА

с АЗ Л-ЯезХЗ

Рис.5. Характеристики ВГ (а,б) ,ваер.чо2 лебедки ^В) ,расход тог лива ТД судов РТУ-С на миле вут при п = (г),переходный процвс напряжения ВГ (в относительных единицах)' при пуске (л) и прг н&б] се нагрузки (е) при пониженно?! частоте л = 195 ой/ши без К2 с (осциллограммы натурного исслелования-огибавд*^ кривые).

Анализ получениях осциллограмм показал, что величина перерегулирования напряжения ВТ при пуске составляет 5-8 величина провала напряжения ВГ при набросе нагрузки составляет 8 X, что не превышает.требуемых значений и близко к данным технического оптимума. Время регулирования напряжения не превышает 0,2 с. ирк использовании Ш-регулятора напряжения величина напряжения ВГ при пуске ВГ и наброее нагрузки уменьшилась на 7-1$ при примерно та- • ком же времени переходного процесса напряжения.рис.5 (д,е,).

Результаты натурного эксперимента ВГУ подчинённого управления при и = гтч говорят о целесообразности применения ;Ш-регулятора напряжения в опт-шальном по расходу топлива режиме МДК на судах РТМ-С,[ю,31].

Девятая глава посвящена описанию ра'зработанного автором способа обеспечения параллельной работы ВГ подчиненного управления. Длительная устойчивая параллельная работа ВГ1 и ВГ2 (рис. 6а) обеспечивается путём одновременной отработки сигнала изменения напряжения астатическими ¿Ш-регуляторами напряжения РН1 и РН2 обоих ваяогенераторов с корректирующими звеньями К31 и К32, обеспечивающими одновременное завершение переходного процесса напряжения в результате настройки в соответствии с техническим оптимумом. Одновременность постутаения сигналов отклонения напряжения на оба валогенератора осуществляется за счёт ряда схемотехнических решений в ТШ я РН2, связывающих линии обратной связи по напряжению обоих ВГ. Способ мотет быть использован для обеспечения параллельной работы ВГ и ДГ„ для осуществления параллельной работы ВГ переменного тока, либо двух ВГ постоянного тока [3,7,8,37].

Действие способа параллельной работы двух синхронных ЕГ подчинённого управления, а также ВГ и ДГ подчинённого управления проверено путём математического моделирования на ПЭВМ. В ходе моде-

седлоВай точка

не устои и, решений

0,1. о?. яз с

Рис.Б.Устройство пареллелоной работы ЪГ подчиненного управления (а),кривые напряжения при пуске" параллельно работатедах ВГ и ДГ(результаты моделирования)^^,область притяжения к положен™ равновесия в нелинейное СПУ ВГ (А,В-полиномы характергстич.уравненияД(в).

лирования (программа объемом 4460 строк) мощности ВГ и ДГ принималась одинаковой. ВГ и ДГ работали на общую асинхронную нагрузку. Ясслеповались процессы пуска и наброса" нагрузки на параллельно работающие генераторы, связанные между собой через потокоспепления их статорних обмоток. Параметры .'^-регуляторов изменялись с целью достижения одинакового времени переходного процесса напряжения,обеспечивающего устойчивую параллельную работу генераторов.

Оптимальное качество управления соответствует тем не значениям соотношения постоянных времени КЗ =0»05*0»1» которые былп полу ни при автономной работе ВГ. В результате моделирования для обоих генератбров получено одинаковое время регулирования напряжения при пуске, составляющее 0,318с при величинах перерегулирования 9-1255 на обоих генераторах (рис. 6б), чтр Гюдтверждает возможность осуществления параллельной работы двух ЛГ, а тагае ВГ и ДГ подчинённого управления при использовании астатических ЗП-регуляторов напряжения.

Проведенный анализ устойчивости параллельной работы ВГ подчиненного управления в динамических режимах, выполненный с применением математической теория чувствительности на основании работ Топала А., Андронова А .А. ,В:;тта А.А.Доковича Р. .Вукобратовича ДеЯла Д., ВаГмана У.Я. и лругих, определил степень устойчивости СПУ при заданных коэффициентах переменных величин дифференциальных уравнений, а тачке области устойчивости при изменении параметров системы.

Система дифференциальных уравнений ВГ судов РТК-С имеет вид

р^ = -2511^ +110Щ

РЪ = Ц25(1+ь)% -Зфц ;

= ^т щ, - +2х58о % + оуед ^ ; = РУ602% +€¿86ъ -щгггуъ ;

мз)

Хсслепуем систему (з) на устойчивость, вычисляя корни характеристического уравнения

126Ц55еЛ* <-2563?, 1Ш56Х +503036 = О.

Соелкнив ВГ с асинхронной нагрузкой1 находим положения статического равновесия нелинейной СПУ валогенератора, анализ которых показывает, что система может иметь четыре положения равновесия. Прй принятых значениях коэффициентов уравнений имеется одно устойчивое состояние, равное 0,566 и соответствующее реальному функцио» * •

нированию СПУ валогенератора ГТ--С,[зЗ.

Назначая другие количественные значения коэффициентов уравнений, то есть изменяя реальные параметры СПУ валогенератора, можно изменить область протяжения к тому или иному состоянию равновесия рис. -бв. Анализ уравнений статического равновесия системы уравнений (3) определил, что указанные уравнения являются математически» выражением прнмрЗ линии и кривой второго порядка - гиперболы. При изменении количественных данных коэффициентов уравнений в широком диапазоне возможно пересечение указанных линий, определяющее новые положения равновесия. Возможен переход системы от одного состояния

о

равновесия к другому при изменении параметров объекта управления и управляющих воздействий СПУ.

Результаты п.: тематического моделирования подтверждаются данными натурных испытаний параллельной работы ВГ И ДГ подчинённого управления в хоповом режиме на РТУ-С "Й.Лапушкин". В ходе эксперимента параметры корректирующих звеньев КП-регуляторов напряжения ВГ и ДГ устанавливались такой величины, чтобы обеспечить одинаковое время переходного процесса напряжения ВГ и ДГ соизмеримой мощности, составляющее 0,28с.

При параллельной работа ВГ указанным способом распределение мощностей параллельно работающих ВГ происходит с помощью устройства УРН, работающего в автоматическом режиме.

В десятой главе показано, что гребные алектрические установки неизменного тока можно также рассматривать как СПУ со связью регуляторов тока главной цепи (Тт) и частоты вращения гребного электродвигателя (ГЭД) через объект управления. В данном случае подчинение внутреннего РТ внешнему РЧВ происходит через внутреннюю обратную связь по э.л.с. ГЭД. На примере ГЭУ парома-леловола тгпа "А.Коробинын" синтезирован методом астатической последовательной юррекции астатический интегрально-пропорпионашю-дифТ.еренциальный ЩП) регу.яятор тока главной цепи. Исследование прелложенной системы г,ч торгом гармонической линеаризации, а тчкяе с помощью смешанного физическо-мат*:матического мопелирорания и натурных исгчтаний в реальных условиях эксплуатации парома показало, что параметры качест-г ва управления током соответствуют оптимальным значениям по данным технического оптимума и требованиям Регистра РФ. Использование ЩЦ-регулятора тока позволило устранить автоколебательный режим тока главной цени и улучшить качество управления током в условия* частой смены режимов работа ГЭУ и резкопеременной нагрузки на гребноы валу.

Перепаточная функция ИПД-регулятора тока имеет вид

и (р),______V_____+ 3_Ц_г_!_!Я1_ + __р,

РТ Му^У ^Л^уЗ^ V «от^уА

гле - сопротивление пеней РТ;

Кот- коэффициент обратной связи по току главной цепи РТ;

Кр - коэффициент усиления по току главного генератора;

Ку1- коэ.М-шиент усиления первой ступени усиления РТ;

Ку2~ кояфТшикент усиления второй ступени усиления РТ;

Тг - постоянная времени главного генератора;

Тя - электромагнитная постоянная времени ГЭД;

Ту - постоянная интегрирования, удовлетворяющая условиям технического оптимума.

Иринцшшальная электрическая схома ЗД-регулятора тока ГЭУ

..Рио.7. Принципиальная электрическая схема ИЦД-регулятора ток;

ГЭУ неизменного тока

Анализ типовых схем управления ГЭУ современных судов различи го натнач ння показал, что'САУ гребных электроустановок' являются, в основном, замкнутыми системами управления с обратными связями и действуют ¡ю оислинению регулируемой величины. В схемах управ^еш) ГЭУ тлеются отдельные контуры управления напряжением главных гене раторов, током главной цепи, частотой вращения ГЭД. Связь между контурам в системах, работающих по отклонению, не ислодьзуатся. Системы управления ГЭУ, работшсцие как на постоянном, так и на at ременном токе, мокло рассматривать кш'. системы подчинённого уцрш ления по нагрузке, в которые в качестве внутреннего контура можн< считать регуляторы напряжения "главных генераторов и par; шторы

тока главных цепей, а в качестве внешнего - контур регулирования частоты вращения ГЭД. Связь между контурами осуществляется в переходном процессе через внутренние обратные связи объектов управления. Для анализа качества управления нелинейных САУ возможно и целесообразно использование метода гармоническоГ линеаризации, а ггля оптимизации качества управления тока и напряжения главных пепей ГЭУ - метода астатической последовательной коррекции и -пришита гехнического оптимума, что приведет к повышению х**ектипностп функционирования схем 8лектродвижения[зэ].

Одиннадцатая глава посвящена разработке законов управления СПУ по нагрузке судовых ЭЭ7. Высокие динамические показатели СЭЭУ могут быть достигнуты при синтезе их систем управления на основе принципов подчиненного управления с астатической последовательной коррекцией. Это позволяет обеспечить такие показатели.конкретных ЭЭУ как высокое качество управления напряжения ВГУ и тока главных цепей ГЭУ, высокую точность регулирования напряжения и тока при значительных отклонениях частоты вращения гребного вала, а также унифицировать аппаратную основу независимо от конкретной структуры регулирующей части САУ и типа электрических машин.

Разработаны алгоритмы синтеза суповых ЭЭУ подчинённого управления со связью регуляторов через объект управления. Они представлены как последовательность операций, заключающаяся в выборе системы отсчёта и управляемых переменных параметров с законами для их взаимосвязанного регулирования; в обеспечении компенсации главных внутренних связей объекта управления путём введения компенсирующих связей; в определении оптимальных передаточных функций регуляторов на основе применения метода астатической последовательной коррекция и принципа технического оптимума; в реализации астатических регуляторов нитряжания ВГУ и тока ГЭУ в виде корректирующих звеньев Ш-и ИПД-типа, выполняемых на базе микропроцессорных средств[13,30] .

- 36 -

На основе алгоритма синтеза судовых ЭЭУ разработаны алгоритмы функционирования регуляторов напряжения ВГУ и тока ГЭУ подчинённого .управления, оостиилеюше на основании метода алгебры логики и теории алгоритмов, которые целесообразно использовать при модернизации действуюшчх и при проектирован!::! новостроящихся судовых ОЗУ и их систем управления. Алгоритмы представлены в випе компактных логических уравнений, уиобных для использования при математическом моделировании, а также в виде наглядных граф-схем* Разработан^ алгоритмы Функционирования регуляторов напряжения ВГУ при параллельной работе ВГ подчинённого управления по нагрузко.

В приложениях к диссертационной работе приведены схемы ВГУ с постоянной и переменной частотой вращения, программы и протоколы результатов математического моделирования,'осциллограммы и протоколы натурных испытаний ВГУ подчинённого управления, схемы'упрьвле-ния ГЭУ современных судов, &кты внедрения результатов работы,

' ,. . ' . ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Проведенные исследования, направленные на решение научной проблемы разработки теоретически^ основ повышения качества управления судовыми электроэнергетическими установками с валогенераторами и системами электродвижения на основе использования принципа подчиненного управления, приводящих к повышению эффективности технической эксплуатации флота путём создания мзтодов и средств для синтеза соответствующих элементов схем и устройств, позволили сделать обобщения и вдавила ряд закономерностей, анализ которых позволяет утверждать, что сформулированная проблема моке? считаться решённой, диссертационная работа является законченный научном исследованием, а полученное рег'льтатц могут быть использовали в народном хозяйства,

Основные научные выводы и результаты работы

I, Новыми научными результатами являются;

-37- предложена и разработана теория проектирования автоматических систем подчиненного управления вологенераторными и гребными электрическими установками со связью регуляторов через объект управления, отличающихся от уже имеющихся систем подчининного управления тем, что сигнал от прсдидущего регулятора на последующий поступает на его вход не с выхода предыдущего регулятора, а через объект управления, то есть по нагрузке;

- при разработке теории автоматических систем подчиненного управления валогенераторных установок впервые использован принцип исследований больших многоуровневых систем, что позволило значительно полнее описать и оценить функциональные и конструктивные свойства валогенераторных установок, определить рациональный вариант валогенераторной установки, работающей прй переменной частоте вращения гребного вала;

- алгоритм математического моделирования на ЭВМ для исследования переходных процессов тока и напряжения судовых вало- и дизель-генераторов, работающих на асинхронную, статическую и полупроводниковую нагрузку, позволяющий определить параметра качества управления тока и напряжения, а также рациональные параметры корректирующего звена интегрально-пропорционального регулятора напряжения синхронного генератора'с подчинённым управлением;

- алгоритм математического моделирования на ЗЗН для асследоёй-ния динамических режимов при длительной параллельной работе валоге-нераторов, а также вало- -и дизель-генераторов с подчиненный управлением, позволяющий определить и установить требуемые параметры качества управления тока и напряжения параллельно работающих генераторов;

- алгоритм функционирования микропроцессорного устройства,4записанный с поморья малинного кода, реализующий работу корреяти-рующег-' эвена регулятора напряжения вологеиератора подчинй&ного

управления;

- законы и алгоритмы управления для судовых электроэнергетических установок подчиненного управления со связью регуляторов через объект управления, представленные в форме граф-схем и логических уравнений, которые могут использоваться при разработке систем управления электроэнергетическими установками судов различного назначения;

2, Новыми практическими результатами являются; »

- мотогика расчёта регуллтора напряжения валогенераторноЙ установки шпчпнлнного управления со связью регуляторов через объект управления, разработанная на основании метопов астатической последовательной коррекции и гармонической линеаризации, а также принципа технического оптимума и позволяющая определить параметры регулятора напряжения и параметры качества управления напряжением, обеспечиваемые астатическим' регулятором напряжения;

• - предложен синтезированный на основании метода астатической последовательной коррекции интегрально-пропорциональный астатический регулятор напряжения, реализуемой в виде корректирующего звена, включаемого в обратную связь но напряжению действующего регулятора напряжения и выполняемый на дискретных И,С - элементах или на базе микропроцессорных средств;

- разработано устройство для длительной параллельной работы валогенераторов, а также вало- и дизель-генераторов как переменного, таки постоянного тока на основе использования.астатических интегрально-пропорциональных регуляторов аапряадния;

- получена оптимальная величина соотношения постоянных времени корректирующего звена астатического регулятора напряжения валогенератора .л основании применения принципа технического оптимума и в результате математического моделирования различных

вариантов функционирования валогенераторной установки подчинённого .управления по нагрузке;

- подтверждена возможность достижения болео качественного управления напряжением валогенераторов подчиненного управления, соответствующего требованиям Регистра РФ, на основании натурного исследования астатического интегрально-пропорционального регулятора напряжения валогенераторных установок подчинённого управления по нагрузке на промысловых судах П'М-О типа "Прометей" при постоянной и переменной частоте вращения гребного вала;

- подтверждена возможность осуществления длительной параллельной работы валогенераторов, а также вало- и дизель-генераторов в устойчивом режиме при постоянной частоте вращения приводных двигателей генераторов в результате математического моделирования переходных процессов тока и напряжения параллельно работающих вало- и дизель-генераторов с подчинённым управлением;

- подтверждена возможность рассмотрения систем управления напряжением и током главных цепей гребных электрических установок постоянного и переменного тока как систем подчинённого управления по нагрузке и использования для расчёта регуляторов тока и напряжения 1'ЭУ методику, предложенную в данной работе для расчёта регуляторов напряжения В1У подчиненного управления на основании анализа схем управления гребных электрических установок современных судов различного назначения;

- математическое обеспечение моделирования на персональной ЭВМ динамических режимов тока и напряжения судовых вало- и дизель-генераторов подчинённого управления, работающих автономно в параллельно в длительном режиме.

3. Внедрение теоретических и практических результатов диссертационной работы позволило:

- получить экономию дизельного топлива главного двигателя

на супах ITH-C типа "Промет-ей" 1,2-1,5 I за сутки (200-250 т за реГс), суточный расход топлньа уменьшается на 20-22 X',

•'- экономический эффект от внепрения астатического регулятора напряжения полчинмшого управления на промысловых судах PTU-C типа "Прометей" пр.! постоянной частоте вращения гребного вала составил 10 тыс.руб. на опно судно в х-оц (в иенах 1991 года){

- внепринио автоматических систем подчиненного управления по нагрузив позволит повысить качество обслуживания вадогенераторных и гребных электрических установок супов;

- предложенная методология и теория проектирования автоматических систем подчиненного управления со связью регуляторов через объект управления позволит норысить качество и культуру проектирования в САПР систем подчиненного управления,

4, Использование результатов диссертационной работы позволит повысить качество подготовь« специалистов в рцсших учебных заведениях, занимающихся подготовка! ш«бнеров-элвктромеханиксв лля проектирования и эксплуатации судовых электроэнергетических установок и систем автоматического управления, а также в институтах повышения квалификации специалистов - инженерно-технических работников предприятий и организаций соответствующих отраслей народного хозяйства.'

Основные положения диссертации опубликованы в работах:

1. .Богомолов В,С, Повышение эффективности эксплуатации вало-генераторов промысловых судов, - Калининград: книжное иэдатьльотво 1989, - 144 о,

2, Богомолов B.C.»Титов В,и.Диулин В,Д. Оптимизация работы оудовой пропульсивной установки" рыбопромысловых оудов//Судостров-ние. - 1992. - * 4, - 0,15-16.

3. Богомолов 6.С. Способ параллельной работы валогенераторов о подчинённым управлением//Судоотроительная промышленность.Судовая электротехника и связь. - 1993. - * 2/118/. - о.20-23.

4.-Богомолов B.C. Выбор оптимального регулятора напряжения валогенераторов РТМ-С типа "lIpoMevefl"//Pa6Hoe хозяйство - 1967,* 3.-с.41-43.

5. Богомолов B.C. Синтез:грованные регуляторы напряженйя ва-логенераторов//Рыбное хозяйство. - 1987. - * 10. - с.65-67.

6. Богомолов В.С.,Титов В.В.Диулин В.А. Оптимизация работы машино-движительного комплекса рыбопромысловых оуцов//Рибное .хозяйство. - 1989. - А II. - 0.61-62.

7. Богомолов B.C. Параллельная работа валогенераторов подчинённого управления//Рыбное хозяйство. - 1992. - Л 4. - с.64-66.

■

8. Устройство параллельной работы валогенераторов. Богомолов B.C. А.С.1657451. ССС?.Заявл.07.03.89, Й 4659209/27-11/034077/, опубл. в Б.И.1991, Л 23, 3 63 Н 23/36.

9. Анализ и синтез регуляторов напряжения валогенераторных установок//В.С.Богомолов - Сб.ВНТО им.акад.А.И.Крылова, 1989, вып. 483, с.64-70.

10. Результаты промысловых испытаний валогенераторов о пере-, менной частотой вращения. В.С.Богомолов//Сб.ВЫТО им.аяад.А.Н.Кра-лова, Л.,1989.Вып. 490.о.59-62.

11. Анализ переходных режимов регуляторов напряжения валогенераторов промысловых судов//В.С.Богомолов. - Сб.ВНИИЗРХ.Сер.Техническая эксплуатация флота. Вып.7. И.,1987.с.5-8.

12. К вопросу разработки тренажёра олектро внергетичасксft установки рыбопромысловых судов//В. С .Богомолов. - Сб.ВНЙИЗРХ. С ер. Техническая. эксплуатация флота. Вып.З, И.,1989. 0.8-12.

13. Особенности тренажёрной подготовки электромехаников промыс-

ловых судов//В,С.Богомолов. - Сб.ВНЛДЭРХ.Сер.Техническая вксплуаг тация. флота. Выл,8, (¿.давэ. 0,7-11.

14. Судовые валогенераторные установки о астатическими регуляторами последовательной коррекции//В,С,Богомолов - Сб.ВШШЭРХ. СерЛ'ехиичеокая »кснлуатаиии флота, Вып.8, М.ДЗЭО. o.I-IO,

15. Оптимизация работы судового машшюдвижительного комплексе с валогенерагором переменной частоты вращения/В,С.Бо1омолов,В.В.Тн тов.В.А.Циулин. - Сб. ШШЗРХ,Сер,Техническая эксплуатация флот;-. Вып.6, W.,ISa9.c.I5-I0.

16, Богомолов В,С» Корректирующие блоки регуляторов напряжения валогенораторовУ/Судоремонт $дота puSuot промышленности,1990, »73. с.25-27,

17, Богомолов В,С. Электроэнергетические установки судов как системы подчинённого уаравленйя/Соверщенствовнние судовых энергетических установок и систем судов, ,Су.научных трудов ДВ.ВДГ, M ., В/О Морт«хияф?рм, ВДО.

16, Богомолов В,С, Технические средства освоения океана, основанные на принципе подчинённого управленид/Дезисы докладов УП всесоюзного оовещащуГАвтоматизадщ процессов управления твхнич, средствами иослвд.мароаого океану", АН СССР, Ц.Д9ЙЗ.

19, Богомолов 0,С,,Титов Пути повщеция экономичности электроэнергетических систем технических средств освоения океана// Тезисы докладов УН всесоюзного довещания"Автоматиэавдя процессов управления техническими средств«« исследования мирового океана", АН СССР, м.дэаэ,

20, Богомолов B.C. Математическая модель мектровноргетическоЛ системы рыбопромыслового судна с валогенераторной установкой //Тезисы докладов II всесоюзной конференции "Тренажёры в формировании проф,навыков при подг.специалистов", Ульяновск, 1988.

21. Богомолов З.С. Математическая модель ЭХ супов БАТ!/ типа "Пулковский мерипиан",Сб.иауч.трупов КТЯРПХ,сер.Автоматизация техно л. и энорг.оборуд.в рыб.пром-ти,1989: -с.22-24.

22. Богомолов В.С.,Титов В.В. Анализ переменных режимов вало-генераторов промысловых судов.Сб.науч.трудов КТХРПХ,сер.Автоматизация технол.и энерг.оборуд.в рыб .пром-ти,1989. - с.25-29..

23. Богомолов B.C. Определение вероятности отказов супового электрооборудования TP типа "Прибой",Сб.науч.трупов КТ'ГГПХ.'сер.Тех-нич.эксплуатация суд.систем упр-я и эл.оборуд,1986. -с.11-14.

24. Богомолов B.C. Судовые ЭЭТ с переменной частотой враще-#

ния//Тезисн докладов обл.НТК, Калининграл, I9S4.

25. Пути повышения эффективности использования ЭО на судах и предприятиях рыбной промышленности: Отч*т 'о Н'ЛР/Калинингралский тех.ин-т рыб.лром.и хоэ-ва/85-63.63.102.2. #гр.01860015072. -25с.

26. Ясслепование и анализ условий и .'режимов эксплуатации ЭО судов FTM-C типа "Прометей": Отчзт о НЯРДалинкнградский тех.ин-т рыб.пром.и хоз-ва/86-51.63.631.1. -72с. #гр.018700Лд£^0. *

27. Исследование работы ЭО супов СИ, разрабоо5а ТЭО и рекомендаций по повышении эффективности эксплуатации ЭО СТМ: ОтчЧт о КЛР/Калшглнградск.тех.ин-т рыб.щом.и хоз-ва/87-57.63.631.1 -85с. Jfrp.01870000670.

28. Повышение эффективности работы ЩЩ'с целью экономии топлива: 0тч*т о Н:а,/Калинянградский тех.ин-т раб.пром.и хоз-ва/88-61.63.1100.1 - 52с. Ягр,018800876Г8.

29. Повышение эсффективности работы ЦПК судов РТМ-С типа "Прометей" с целью экономии топлива: Отчйт о Н'/Р/Калининградский тех.* I'll—'" рыб.пром.и хоз-ва/50-61.63.1100.1 - 79с. Ктр.01880087618.

GO. Исследование судовых ЭЭС с целью составления исходных материалов для разработки тренаж-ров судовой электростанции: Отчзт о Н.У/Калкшшградск.тех.ин-т рыб.пром.и хоз-ва/гг.1,2,3.-Ь2.63.50Г.1-250с. jfrp.01080062532.

31. Исследование режимов работы ЗДК с целью оптимизации по расходу топлива за счйт применения ВТ с переменной частотой вращения: ОтчКт о Ш1Р/Калишшградский тех.ин-т рыб.пром.и хоз-ва/88-63.63.133.2 - 91с. Лгр.01860015072.

32. Разработка регулятора напряжения системы подчинённого управления суповой ВГУ: Отч^т о ЮТ/КалининградскиЙ тех.ин-т рыб. пром|И хоз-ва/90-63,63,201,2 - 45с. №гр.01900013223.

33. Исследование влияния высших гармоник, коэффициента мощности и к.п.д. ПЧ для промыслового судна: Отчёт о ШОТКалининград-ский технпческиЗ институт рыб.пром.и хоз-ва/90-^63.63.151.2 - 37с. *гр.01890048114.

34. Исследование совместной работы ППЧ и валогенератора для питания судовых потребителей: Отч*т о ЮТ/Калинингралский тех.ин-т рыб.пром.и хоз-ва/09-63.63.133.2 - 42с. Кгр.01860015072,

35. Методы оптимизации -параметров судовой электростанции с валогенераторными установками: ОтчВт о НЗР/Кал'.щинградский тех. ин-т рнб.пром.и хоз-ва/07-63.63.132.2- 31с. Кгр.01860015072.

36. Исследование вопросов стабилизации напряжения и частоты валогенератора на РТМ-С: 0тч'"т о Н'.Т/Калишшградский тех.ин-т рыб. пром.и хоз-ва/87-63.63.122,2 - 36с, Ягр.01860015072.

37. Параллельна работа валогенераторов подчиненного управле-ниа: Отчёт о Н'ЛРДалининградский тех.ин-т рыб.пром.и хоз-ва/91-63.63.201.2 - 46с. Мгр.01900013223.

38. Анализ и синтез структуры САУ подчинённого регулирования судовых установок: Отчёт о НИР/Калининградский тех.ин-т рыб.пром. и хоз-ва/93-63.63,203,2 - 44с. *гр,01900013223,

39. Гребные электрические установит о подчинённым уттравл^шем; Отчэт о НйР/Калшшлрадский гос.тех.ун-т/94-63.63.231.2 - 34с.

Кгр.019СЭС13223.

40.Богомолов В.С.,Титов В.В, Оптимизация МДК промысловых судов

по расходу топлива//Тезисы докладов НТК КТФПХ,Калининград »1994.