Введение к работе
Актуальность теш. Тенденции раавития современных СЭУ свяваны с вопросами повышения надежности, исключения ситуаций, неблагоприятных для их длительной работы, удешевления эксплуатации путем сокращения штата высококвалифицированных специалистов, необходимых для обслуживания главных двигателей, упрощения диагностики состояния дизеля, а также о улучшением экологических показателей двигателя. Одним иэ перспективных направлений в решении указанных проблем является автоматизация управления главными двигателями и их обслуживания.
В течение последнего десятилетия технические средства для управления и контроля за работой судовых дизельных установок развивались быстро, спектр их применения расширялся,качество улучшалось. Применение автоматических систем контроля и управления, позволяющее упростить обслуживание и дающее возможность наглядного отображения функционального состояния двигательно-движительных комплексов, погашало высокую эффективность и полностью подтвердило целесообразность использования на любых типах судов. Развитие микропроцессорной и компьютерной техники позволяют поднять уровень систем автоматического управления на качественно новую ступень - создание гибких автоматических систем, а также синтез алгоритмов управления, способных адаптироваться к меняющимся внешним условиям и позволяющих реализовать математически сложные процессы управления и оптимизации./
В настоящее время многие западные фирмы, занимающиеся выпуском судовых энергетических установок, уже на этапе проектирования закладывают в комплекс СЭУ микропроцессорные системы автоматического управлениям
Современные отечественные фирмы по производству судовых дизелей не оснащают их микропроцессорными или электронными системами управления. Более того, специфика отечественного флота требует создания достаточно универсальных САУ, которые могли бы быть установлены на эксплуатируемые СЭУ.
На основе анализа текущего положения в области автомати-
- г -
зации СЭУ иожио констатировать.что в нашей стране при наличии серьезной теоретической и концептуальной базы, системы автоматического управления различными элементами судовой энергетической установки не имеют до настоящего времени достаточно широкого практического использования.
Одна из важнейших задач автоматизации - повышение надежности СЗУ путем исключения перегрузок главных двигателей -наиболее актуальна для дизелей судов на подводных крыльях (СПК).
Особенностью эксплуатации СПК является тот факт, что при выходе на крылья необходимы высокие мощности на пониженных частотах вращения для преодоления сопротивления движению судна. При зтом показатели рабочего процесса дизеля могут принимать значения, определенные заводом-изготовителем как перегрузочные по тепловой и механической напряженности для данного типа двигателей.
С целью снижения перегрузок дизеля СПК при разгоне для некоторых типов судов разработаны варианты режимов ступенчатого разгона, которые позволяют вручную задавать время хода на ступенях в зависимости от загрузки судна. Использование этих рекомендаций позволяет снизить перегрузки , однако их четкое соблюдение судоводителем в реаль"ых условиях (меняющееся число пассажиров, направление ветра, высота волны, судовая обстановка и т.п.) является весьма затруднительным.
Проблема разгона СПК с минимально возможными перегрузками может быть разрешена путем создания микропроцессорной системы управления процессом разгона СПК. реализующей адаптивные алгоритмы управления, учитывающие меняющиеся в широких пределах внешние воздействия и условия.
При проведении исследований переходных режимов дизелей СПК автор диссертации базировался на материалах публикаций В.Я.Аладышкина. П.И.Бажана, A.M.Васина, М.А.Брука, В.А.Кутыр-кина. Н.В.Люсова. В.И.Небеснова. А.А.Рихтера, Г.П.Писаянико-ва, В.И.Пдющаева. При выборе параметров косвенной оценки нагрузки дизеля автором использованы результаты исследовгг/. В.А.Звонцова, М.К.Левина. При разработке математической моде-
- З -ли испольвованы материалы, предоставленные автору АО "ЦКБ по СПК" им. Р.Е.Алексеева.
На актуальность темы данной диссертации указывает и то, что она выполнена на баве научно-исследовательских работ по хоздоговору с Департаментом речного транспорта и 60РП.
Цель и вадачи работ: Главной целью работы является разработка алгоритмов управления судовой энергетической установкой в переходных режимах, обеспечивающих разгон и выход СПК на крылья без перегруэок дизеля или с минимально необходимыми перегрузкам, а также разработка структуры микропроцессорной системы автоматического управления и ее программного обеспечения.
Для достижения намеченной цели были поставлены и решены следующие вадачи:
-анализ имеющихся математических моделей и обоснование базовой динамической модели комплекса двигатель-корпус-движитель-система управления;
-математическое и компьютерное моделирование переходных режимов комплекса двигатель-движитель-корпус-система-управления, исследование переходных режимов дизеля в составе судовой энергетической установки СПК;
-синтез алгоритма оптимального управления разгоном судна на подводных крыльях;
-разработка требований к структуре, составу системы автоматического управления(САУ), ее отдельных узлов;
-разработка алгоритмов и программ для создания микропроцессорной системы управления разгоном СПК;
-проведение натурных испытаний программного обеспечения в составе САУ.
Научная новизна: - разработана математическая модель комплекса двигатель-корпус-движитель-система управления, посредством которой проведено исследование динамики указанного-комплекса;
- сформулирован критерий оптимального управления разгоном СПК и введено понятие трек-характеристики переходного процесса, близкого к оптимальному;
. 4 -
синтезирован алгоритм управления процессом разгона по трек-характеристике:
разработана методика компьютерного исследования алгоритмов управления по динамическим критериям и сформулированы требования к САУ;
создана микропроцессорная система автоматического управления равгоном СПК.
Практическая ценность. Разработанная математическая модель позволяет проводить исследования переходных режимов эксплуатации СЗУ СПК при разработке САУ.
Представляется имеющей практическую ценность созданная и прошедшая натурные испытания на судне система автоматического управления равгоном СПК по динамическим критериям.
Практический интерес представляет реализованный в составе САУ способ измерения частоты вращения повышенной точности со временем нэмерения, равным периоду вращения вала дивеля.
Созданная система позволяет весьма легко настроить ее на объекте управления.т.к. она не имеет меткого численного соответствия координат, а только некоторые функциональные свяви между ними.
Практическое применение материалы диссертации могут найти при создании систем автоматического управления судовыми энергетическими установками на баве микропроцессорной техники.
Результаты диссертации нашли отражение в спецкурсе "Автоматизация судов технического флота", читаемом студентам ВГАВТ.
Апробация дабого.материалы диссертаций докладывались и получили положительную оценку на Всероссийском научном семинаре по проблемам динамики и прочности электро- и энергомашин ( Санкт-Петербург.1903),111 конференции по нелинейным колебаниям динамических систем (Нижний Новгород. 1093). научно-практической конференции, посвященной 160-лет» Волжского пароходства (Нижний Новгород,1993). научно-технической конференции "ТРАНСК0М-94И (Санкт-Петербург,1994).
Публикации. Основные результаты диссертации отражены в 7
- 5 -публикациях.
Структура и объем диссертации. Работа состоит из введения.пяти глав и заключения. Общий объем составляет 185 стр. .включая 80 стр. основного текста, 33 рисунка, 7 стр. библиографии, содержащей 70 наименований и 65 стр. приложений, включающих акты натурных испытаний экспериментального образца САУ на т/х "Восход-30" в навигацию 1992г и опытной эксплуатации его на т/х "Восход-24" и "Ракета-234" в навигацию 1994г.
