Принципиальная схема САР показана на рис. 4.1. Принцип ее работы следующим. Напряжение генератора U измеряется трансформатором TV1 и выпрямителем V1…V6 преобразуется в напряжение U3. Напряжение U3 подается на вход системы встречного задающего напряжению U0. В результате получается разность напряжений DU=U0 – U3. При уменьшении напряжения U3 разность DUвозрастает, что приводит к увеличению напряжения возбуждения Uв генератора и к восстановлению его напряжения Uдо заданного значения. При увеличении напряжения Uз разность DU уменьшается, что вызывает снижение напряжения возбуждения генератора, а, следовательно, и его напряжения U до требуемого значения. Таким образом, само отклонение регулируемой величины (напряжения генератора) от заданного значения вызывает изменение регулирующего воздействия так, чтобы уменьшить это отклонение и вернуть регулируемую величину к заданному значению.
Динамические свойства объекта регулирования и элементов САР описываются следующими дифференциальными и алгебраическими уравнениями.
Синхронный генератор G1:
(5.1)
Где 
-постоянная времени 
-передаточный коэффициент по регулирующему воздействию (
);
-передаточный коэффициент по возмущающему воздействию (
).
Возбудитель-генератор постоянного тока G2:
(5.2)
Где 
-постоянная времени (
);
-передаточный коэффициент (
).
Рисунок 5.1. Упрощенная принципиальная схема САР: G1-синхронный генератор; G2-генератор возбуждения; А2-электромашинный усилитель; А1-электронный усилитель; Z-нагрузка; VD1…VD6, TV1-элементы обратной связи; R0-задающий резистор.
Электромашинный усилитель А2:
(5.3)
где 
-постоянная времени ( =0,15 с);
-коэффициент демпфирования ( =1,17);
-коэффициент усиления электромашинного усилителя по напряжению ( =2).
Электронный усилитель А1:
, (5.4)
где 
-коэффициент усиления электронного усилителя по напряжению (варьируемая величина =1…35).
Понижающий трансформатор TV1:
(5.5)
Где 
- передаточный коэффициент (коэффициент трансформации =0,001).
Выпрямительная схема Ларионова VD1…VD6:
(5.6)
Где 
-передаточный коэффициент схемы Ларионова ( =2,34).
Переменные величины (входные, выходные величины, входящие в приведенные выше уравнения) имеют следующий физический смысл:
· U- напряжение на зажимах синхронного генератора, В;
· Uв- напряжение на обмотке возбуждения синхронного генератора (выходное напряжение возбудителя), В;
· I -ток нагрузки синхронного генератора, А;
· U2 -выходное напряжение электромашинного усилителя, В;
· U1 -напряжение на обмотке управления электромашинного усилителя (выходное напряжение электронного усилителя), В;
· U3 -сигнал (напряжение) обратной связи, В;
· U0 -задающий сигнал (задающее напряжение), В;
· DU-U0-U3 -сигнал рассогласования, В.
Номинальное напряжение синхронного генератора Uн =6300 В.
Его номинальный ток Iн=688 А.
Входные воздействия САР:
· задающее воздействие U0 (его значение подбирается в процессе моделирования таким, чтобы при номинальном токе нагрузки Iн=688 А напряжение на выходе САР было равно номинальному значению напряжения Uн =6300 В);
· Максимальное возмущающее воздействие – скачкообразное изменение тока нагрузки I отIх.х.=0 доIн=688 A (Iх.х. –ток холостого хода генератора). Отклонение напряжения на зажимах генератора U в установившемся режиме от номинального значения не должно превышать ±5% (±315 В).
Из анализа принципиальной схемы (рис.5.1) и приведенного описания САР следует, что объектом регулирования является синхронный генератор G1, который можно представить в виде функциональной схемы, показанной на рис.5.2.
Из физического принципа работы синхронного генератора и анализа уравнения (5.1) следует, что при увеличении (уменьшении) напряжения возбуждения Uв напряжение на зажимах генератора U увеличивается (уменьшается). Влияние возмущения (тока нагрузки I) на напряжение U приводит к обратному эффекту: при росте значения тока нагрузки I напряжение U уменьшается, а при снижении тока I напряжение U увеличивается.
I
| ОР |
Рисунок 5.2 Синхронный генератор как объект регулирования: U-регулируемая величина; Uв-регулирующее воздействие; I-возмущающее воздействие
В рассматриваемой САР (рис.4.1) генератор возбуждения G2 выполняет роль исполнительного органа (элемента), который можно представить в виде функционального элемента, показанного на рис.4.3.
| ИО |
Рисунок 5.3 Возбудитель как исполнительный орган
В САР (рис.5.1) имеется два усилителя А1 и А2. Первый выполняет роль усилителя напряжения, а второй-усилителя мощности. Как функциональные элементы их можно изобразить в виде, приведенном на рис.5.4.
| УО2 |
| УО1 |
| УО2 |
а б
Рисунок 5.4 Функциональные схемы а-электронного
и б-электромашинного усилителя
В цепи (канале) обратной связи САР (рис.5.1) имеются два элемента: трансформатор напряжения TV1 и выпрямитель VD1…VD6.
Первый элемент можно трактовать как воспринимающий орган (ВО), а второй-как преобразующий орган (ПО) (рис.5.5).
| ВО |
| ПО |
| ПО |
| ВО |
а б
Рисунок 5.5 Функциональные схемы элементов, входящих в канал обратной связи: а-трансформатораTV1; б-выпрямителя VD1…VD6
В рассматриваемой САР (рис.5.1) применена гальваническая схема сравнения сигналов (задающего Uо и сигнала обратной связи Uз). Ее функциональную схему можно представить в виде, приведенном на рис.5.6.
U0 DU
U3
Рисунок 5.6 Функциональная схема сравнивающего органа
Объединяя элементарные функциональные схемы (рис.5.2 …5.6) в соответствии с принципиальной схемой (рис.5.1), функциональная схема САР примет вид, показанный на рис. 5.7.