МОДЕЛИРОВАНИЕ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ЧАСТОТОЙ ВРАЩЕНИЯ РОТОРА ПАРОВОГО ТУРБОАГРЕГАТА

СОДЕРЖАНИЕ
ЗАДАНИЕ НА КУРСОВОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ 3
ВВЕДЕНИЕ 6
1. МОДЕЛИРОВАНИЕ ОСНОВНОГО УРАВНЕНИЯ ДВИЖЕНИЯ РОТОРА ТУРБОГЕНЕРАТОРА 10
2. МОДЕЛИРОВАНИЕ УРАВНЕНИЯ ПАРОПРОВОДА И РЕГУЛИРОВОЧНОГО КЛАПАНА 14
3. МОДЕЛИРОВАНИЕ ИСПОЛНИТЕЛЬНОГО МЕХАНИЗМА И ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ 15
4. МОДЕЛИРОВАНИЕ СИСТЕМЫ С РЕГУЛЯТОРОМ 18
5. ВЛИЯНИЕ ПАРАМЕТРОВ ПИ РЕГУЛЯТОРА НА КАЧЕСТВО ПЕРЕХОДНЫХ ПРОЦЕССОВ 20
6. ВЛИЯНИЕ ЧИСЛЕННЫХ МЕТОДОВ НА ПОВЕДЕНИЕ СИСТЕМЫ В ПЕРЕХОДНЫХ ПРОЦЕССАХ. 24
7. ЗАКЛЮЧЕНИЕ ПО РАБОТЕ 25
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 26

.
Начальные условия, соответствующие номинальному режиму:

Система должна обеспечивать требуемое поведение при частичном сбросе нагрузки от до величины , характеризуемой коэффициентом , причем статическая ошибка должна быть равна нулю. Хотелось бы иметь переходные процессы экспоненциального характера.
Для этой цели, в качестве управляющего устройства выбран ПИ регулятор [4], обеспечивающий регулирование системы без статической ошибки. ПИ регулятор имеет передаточную функция , с соответствующими параметрами пропорциональной и интегральной части регулятора:
.
Результаты изменения параметров ПИ регулятора замкнутой по скорости системы управления показывают, увеличение коэффициента пропорциональной части регулятора приводит к более быстрому протеканию переходных процессов при изменении нагрузки. При более высоких коэффициентах регулятора, возникают существенные колебания системы.
Чрезмерное увеличение интегральной части регулятора приводит к значительному перерегулированию системы. Для большей наглядности, в систему включено устройство, обеспечивающее изменение нагрузки через определенное время. На рисунке 9 представлена структура этого устройства.
На рисунке 10 представлена полная схема системы управления частотой вращения ротора турбогенератора с ПИ регулятором.

Рисунок 9. Схема изменения нагрузки.
Рисунок 10. Схема системы управления частотой вращения ротора турбогенератора с ПИ регулятором.
5. ВЛИЯНИЕ ПАРАМЕТРОВ ПИ РЕГУЛЯТОРА НА КАЧЕСТВО ПЕРЕХОДНЫХ ПРОЦЕССОВ
Для исследования влияния параметров ПИ регулятора на качество переходных процессов осуществлено путем численного моделирования системы [5], при изменении параметров пропорциональной и интегральной части регулятора. Качество переходных процессов рассматривается по перерегулированию и времени регулирования .
Результаты выбора параметров сведены в табл. 3.
Таблица 3
0.1 1 5 8 10.0 20 30 40 60 70 В таблице приведены значения .
Рисунок 11. Результаты моделирования системы управления частотой вращения ротора турбогенератора с ПИ регулятором Ки = 1, Кп = 30
.На рисунке 11 представлены результаты моделирования системы управления частотой вращения ротора турбогенератора с ПИ регулятором. Параметры регулятора Ки = 1, Кп = 30 .
На рисунке 12 представлены результаты моделирования. Параметры регулятора Ки = 5, Кп = 60 . Здесь хорошо прослеживается колебательный характер давления пара Р1 после паропровода. При изменении нагрузки, максимальное отклонение скорости в динамических процессах составляет 5% . Небольшие колебания нагрузки Мн связаны с изменением скорости n. Время колебаний, после изменения нагрузки составляет около 2 сек и соответствует периоду.

Рисунок 12. Результаты моделирования системы управления частотой вращения ротора турбогенератора с ПИ регулятором Ки = 5, Кп = 60
На рисунке 13 представлены результаты моделирования системы управления частотой вращения ротора турбогенератора. Параметры с ПИ регулятора изменены путем увеличения коэффициента пропорциональной части в два раза Ки = 2, Кп = 120. Колебательность системы существенно увеличилась. При этом за две секунды наблюдаются два периода колебаний, что конечно, отрицательно сказывается на качество управления. Здесь хорошо видно, что изменение коэффициентов регулятора не влияет на статику, а влияет только на качество переходного процесса.
Рисунок 13. Результаты моделирования системы управления частотой вращения ротора турбогенератора при увеличении пропорциональной части ПИ регулятора в два раза. Ки = 2, Кп = 120
6. ВЛИЯНИЕ ЧИСЛЕННЫХ МЕТОДОВ НА ПОВЕДЕНИЕ СИСТЕМЫ В ПЕРЕХОДНЫХ ПРОЦЕССАХ.
При современных средствах вычисления, выбирая при этом достаточно точные методы интегрирования высокого порядка, например Рунге-Кутта 4-го или 5-го порядка, и сравнительно малый фиксированный шаг интегрирования практически мгновенно решает поставленные задачи, что не позволяет оценить время расчета.
Здесь следует отметить, что применение простых, одношаговых методов (Эйлера, Рунге-Кутта 3-го порядка и др.), не всегда возможно, при моделировании сложных нелинейных систем, имеющих нелинейность типа умножения или деления. При современных средствах вычисления, выбирая при этом достаточно точные методы интегрирования высокого порядка, например Рунге-Кутта 4-го или 5-го порядка, и сравнительно малый фиксированный шаг интегрирования практически мгновенно решает поставленные задачи, что не позволяет оценить время расчета.
7. ЗАКЛЮЧЕНИЕ ПО РАБОТЕ
Для решения задач численного моделирования нелинейного объекта системы управления частотой вращения ротора турбогенератора применен достаточно точный метод интегрирования Рунге-Кутта 4-го порядка. Изменение шага интегрирования не сказывается на точность вычисления и позволяет практически мгновенно решает поставленные задачи, что не позволяет оценить время расчета.
Использования линейного непрерывного ПИ регулятора, при изменении нагрузки, вполне оправдано, так как он, мало оказывая влияния на точность статического режима, достаточно хорошо решает задачу качества регулирования в динамических процессах, выбирая параметры регулятора в соответствии с таблицей 3 и требованиями к системе управления.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
Бессекерский В.А., Попов Е.П. Теория систем автоматического регулирования./В.А. Бессекерский.- М.: Наука,1972.- 768с.
Справочник по теории автоматического управления/ Под.ред.А.А.Красовского.-М.:Наука.Гл.ред.физ.-мат.-лит.,1987.-712с.
Ильинский Н.Ф. Горнов А.О. Критерии эффективности процесса электрохимического преобразования энергии в силовом канале электропривода. Автоматизированный электропривод./ Н.Ф. Ильинский, М.Г.Юньков. – М.: Энергоатомиздат.1990.-543с.
Вейнгер А.М.Обобщение принципа подчиненного регулирования с последовательной коррекцией./ А.М. Вейнгер. // Известия АН СССР. Техническая кибернетика.1977. №1. С. 185-192.
Дамбраускас А.П. Симплексный метод оптимизации с переменным шагом./А.П.Дамбраускас.// Известия АН СССР. Техническая кибернетика. 1970. №1.
6