Введение к работе
Актуальностьт Дальнейшее развитие морского транспорта и флота рыбной промышленности отраны идёт путйм пополнения флота новыми экономичными сулами о высокими показателями производительности, и надёжности, повышения уровня технической эксплуатации и улучшения использования уже действующего флота.
Для реализации этих путей развития фюта среди множества других должна быть решена проблема разработки систем .автоматического управления (САУ)' судовых электроэнергетических установок (СЭЭУ^ с применением новых принципов управления и о реализацией на новейшей элементной базе с использованием микропроцессорных средств (ШС), что обеспечит повышение технической эффективности и расширение функциональных возможностей СЭЗУ и оудна в целом»
Важной тенденцией в современном оудоотроении 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 о этим на cy.uaxf особенно на промысловых, получили большое распространение валогенораторные установи (ВГУ) , используемые как в ходовом, так и в траловом режимах.
Усилиями учёных Сазонова А.Е,.Нелепина Р,А,.Розенвассера Е.Н., 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.,Ха!кина А.Б»,Целемвцкого В.А.,Хомякова К.М.Дукомского Ю. А,.Катханова Ы.Н. и других в настоящее время уже решены многие важные .задачи управления такими сложными судовыми техническими объектами как СЭЭУ, СЭХ, электротехнические комплексы. В частном і, разработаны методы проектирования СЗЭУ, СЭХ на основе максимального использования априорных сведений об объекте и воздействиях «а него и др
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 частоты вращения греоного вала. Не обеспечивается длительная параллельная уотойчивая работа валогенераторов (ВГ), что приводит к неоптималь-ному распределению электроэнергии и нагрузок между ними и снижает 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 функцирнирования оудового машинодвихительного комплекса (Чйк), обеспечивающие значительную економив дизельного топлива при снижении частоты вращения гребного вала и изменении шагового отношения винта регулируемого шага (ВРЩ) 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 статических полупроводниковых преобра-зователей и электрических машин ВГУ. Поэтому решение проблемы повышения качества управления СЭУ и СЭЭС с ВГУ и оптимизации параметров переходных процессов и стационарных режимов ВГУ является важной и актуальной народнохозяйственной задачей. Это подтверждается тем, что поставленные 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", Ж 96І/6І-06-00І Ш, и Госкомитета по судостроению РФ
- б -
"Разработка комплексной системы управлешш транспортных судов с применением микропроцессорных средств".
Решение указанных проблем требует разработки'закона и алгоритма оптимального управления электрическими параметрами -чудових ЭЭУ о ИГУ в переходных и стационарных режимах на основе применения принципов подчиненного управления с использованием микропроцессорных средств.
«Цель исследованияР Целью диссертационной работы является решение научной проблемы разработки теоретических осноп повышения качества управленій судовыми электроэнергетическими установками с валогенераторами и системами электродвижения па основе использования принципов подчинённого управления .электрическими 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:
-
Методология исследования и синтеза автоматического управления СЭЭУ о 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 лостижению нового качества управления напряжением и током,
-
Принципы классификации ВГУ,
-
Математическая модель судовых электроэнергетических систем подчиненного управ., зния по нагрузке для определения оптимальных ца-раметров астатического регулятора напряжения и метод математического мм№ирвмшия прешмео в СЭЭУ, a»t»j№Mntf снизить порядок решаемо* сист#мы. Проиїведен* адаптация метода к требованиям модели-
ронания інших ключевых 9ЛЄМЄНТ0В СОЭУ.
-
Алгоритм Функционирования астатического регулятора напряже-чия и ого корректирующего звена л С?ЭУ для реализации ня сулах о использованием МПС, обеспечивающий требуемое качество управления.
-
Метогты и срегства синтеза ВГУ с переменное частотой вращения на оопопании комплексного критерия _эффективности.
-
7етолн и сропстпа синтеза схем ВГУ и гребных алектрических установок (ГЭУ) с подчиненным управлением по нагрузке лля промисловій супов липового ряда, позволяющие получить требуемое качество управления напря-коиием и током.
-
Астатический интегрально-пропорциональный (ИП) регулятор напряжения ПТУ и устройство для обеспечения длительной параллельной работы НГ, а также вало- и дизель-генераторов с полчинЗнным управлением по нагрузке, позволяющие реализовать требуемые параметры качества перехолннх процессов напряжения.
Новизна теоретических положений и выводов диссертационное работы и полученных на их основе технических решений поптвержлена авторскими свидетельствами на изобретения.
Метопы исслегованият Метопы исслелования базируются на теории автоматического управления и регулирования, системном анализе и теории больших, многосвязннх систем, метолах математического и физи-ческого гопелнрования, теории экспертных опенок, теории нелинейных дифференциальных уравнений, теории вероятностей, массового обслуживания, алгоритмов, графов.
Основные научные положения, вынесенные на защиту;
-
Предложенные принципы классификации СЭ?У с ВГУ.
-
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, .і параметров суповых ЭЗУ,содержащих асинхронную, R-i,R-C іюггУ"ку,полуітовопняковне пресбразоваїели.
4. Принципы управления, математические модели, алгоритми моде-шрования и управления электрическими параметрами СЭЭУ с системами годчинонного управления по нагрузке.
5„ Методы и аппаратурно-алгоритмическое обеспечение качества /правления электрическими параметрами в супових ЭЭУ с ВГУ и ГЭУ.
6. Алгоритм функционирования астатического регулятора напряке-нш с корректирующим звеном для их реализации с помощью микропроцессорного устройства.
Практическая,ценность и внедрение результатов. Научные, результаты диссертационной работы являются основой для внедрения предлагаемых практических рекомендаций на супах рыбопромыслового и транспортного флота. Они использованы:
Калининградским ІЮРП 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 враіцения гребного вала; Литовским государственным предприятием рыболовного флота при эксплуатации судов РТІІ-G в оптимальном по расходу топлива режиме судового МДК; Рижской БТФ при эксплуатации астатического КП-регулятора напряжения в ВГУ судов РТУ-С; в проектных организациях ЦКБ "Восток" и КБ Калинилградского ПОРП и БТФ, про-еКтно-конструкторском институте Типрорыбфлот", в учетном процессе в Калининградском государственном техническом университете, Санкт-Петербургском государственном морском техническом университете, ^анкт-Петербургской государственной морской академій, Калининградской государственной академии рыбопромыслового флота.
Апробация работы,. Диссертационная работа и отдельные ей главы докладывались и обсуждались на научно-технических конОренді .ї: "Автоматизация процессов управления техническими средствами иссле-
дования гирогбго океана", АН СССР, Москва, 1989 г,'; профессорскс-препопавптелъского состава Калининграяских вузов УРХ СССР,Калинин-гран, 1985,1907,1909 гг.; "Тренажеры в формировании профессиональных напшшв при подготовке специалистов", ЯНО АН СССР, Ульяновск, 1988 г.; на НТО Калинингратского ПОРП и БТФ в 1990,1991,1992, 1993 гг.; Областной НТК, Калинииграп, 1994 г.; на кафелрах электротехники и алектрооборудования супов Санкт- петербургсікого морского технического университета и Калшшнграпского технического университета, Ш,0,1991,1993,1994 гг.; на к&Ьедре судовых автоматизированных электроэнергетических систем Санкт-Петербургской морской академии т\ а^тл.С.О,Макарова, 1991,1993 гг.
Публикации. Основные научные релультаты, полученные в процессе исследований, отр'-дсны 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 списка литературы по автореферату).
Структура и.объ'Зм диссертации. Диссертация состоит из введения» олинналцати 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 текета.
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 электроэнергетических установок с ВГУ автору прянагглекат основные идеи. Исследования и испытания экспериментальных образцоз синтезированных в диссертационной работе элемен-
_ 9 -
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 подтверждает-ся натурными испытаниями и результатами эксплуатации внедрённых систем подчинённого управления напряжением и током на судах,