Результаты курсовой работы представляются в виде пояснительной записки, оформленной в соответствии с требованиями государственного стандарта ГОСТ 7.392-91 “Отчет о НИР. Структура и правила оформления”.
Содержание пояснительной записки должно соответствовать заданию, текст которого с указанием номера варианта и конкретных исходных данных должен быть приведен непосредственно за титульным листом и входить в общую нумерацию страниц.
Каждый раздел пояснительной записки должен содержать краткую постановку задачи проводимого исследования, указание на используемые методы, необходимые математические выражения и их преобразования, графические иллюстрации, а также краткие комментарии (выводы) полученных результатов.
Содержанием графических иллюстраций должны быть:
- исходная структурная схема заданной САУ с указанием заданных передаточных функций звеньев и точек приложения воздействий;
- структурная схема САУ, полученная после эквивалентных преобразований (при необходимости);
- статические, переходные и частотные характеристики, соответствующие заданным входным воздействиям и различным значениям варьируемых параметров;
- графическое представление на комплексной плоскости нулей и полюсов эквивалентных передаточных функций САУ;
- область (или области) устойчивости в пространстве варьируемых параметров с обязательным указанием точки, координаты которой соответствуют принятым значениям этих параметров;
- графическая оценка запаса устойчивости САУ (при необходимости).
При представлении графиков (характеристик) должны быть обозначены координатные оси, указаны масштабы по осям или приведена координатная сетка. Подрисуночная надпись должна содержать информацию о значениях параметров, которым соответствует приводимая характеристика.
В ЗАКЛЮЧЕНИИ должны быть приведены краткие выводы о свойствах исследуемой системы, числовые значения показателей качества управления, их оценка и, по возможности, рекомендации по их улучшению.
ЛИТЕРАТУРА
1. Коротков В.Ф. Основы линейной теории автоматического управления в задачах электроэнергетики: Учебное пособие с компьютерным лабораторным практикумом АОС - ТАУ / Иван. Гос. Энерг. ун-т. - Иваново, 1994. - 392 с.
ПРИЛОЖЕНИЕ
Задание 1
1. Провести исследование системы автоматического регулирования частоты вращения гидроагрегата, работающего в режиме холостого хода
2. Исходные данные.
2.1. Структурная схема
1 - генератор;
2 - гидротурбина;
3 - регулятор;
mс- момент сопротивления, (о.е.);
mг - момент, развиваемый турбиной, (о.е.);
a - степень открытия регулирующего клапана турбины, (о.е.);
W - частота вращения турбины, (о.е.).
2.2. Передаточные функции элементов структурной схемы
DW(p) 1
W1(р) =----------------- = -----------;
Dmизб(р) Тар
Dmг (p) -0.1Т0р+1
W2(р) = ----------------- = ------------------------;
Da(р) 0.05Т0р+1
Da(p) Кр(1+К’р+К’’р2)
W3(р) = ----------------- = -------------------------------------------,
DW(р) Трр+1
где Та - постоянная инерции агрегата, отнесенная к базисной (номинальной) мощности, (с);
Т0 - постоянная времени водовода при номинальной частоте вращения, соответствующая номинальной нагрузке агрегата, (с);
Тр - постоянная времени регулятора, (с);
Кр, К’, К’’ - коэффициенты передачи регулятора.
2.3. Параметры элементов структурной схемы
| Параметры | Варианты | |||||||||
| 1.1 | 1.2 | 1.3 | 1.4 | 1.5 | 1.6 | 1.7 | 1.8 | 1.9 | 1.10 | |
| Та,с | 8.0 | 8.0 | 8.0 | 5.0 | 5.0 | 5.0 | ||||
| Т0,с | 2.0 | 1.0 | 2.0 | 1.0 | 2.0 | 2.0 | 2.0 | 1.0 | 2.0 | 1.0 |
| Тр,с | 5.0 | 5.0 | 5.0 | 5.0 |
3. Содержание задания.
3.1. Составить структурную схему и найти эквивалентные передаточные функции САУ по воздействиям Dmс и DWзад.
3.2. Выбрать значение Кр.расч., при котором обеспечивается статизм регулирования Кс £ 0.04 (по возмущающему воздействию mс).
Построить статическую (внешнюю) характеристику САУ W = f(mс). Определить установившееся значение управляемой величины W и статическую ошибку DW при mс = 1.0.
3.3. Рассчитать и построить переходную характеристику системы DW=f(t) при выбранном значении Кр = Кр.расч. и различных значениях К’ и К” (для входных воздействий Wзад = 1.0 и mс = 1.0.
Выбрать значения К’ = К’расч. и К” = К”расч., при которых переходные процессы имеют затухающий и, по возможности, монотонный (без перерегулирования) характер. Определить время переходного процесса tп и, при необходимости, перерегулирование g и колебательность G.
Значения К” целесообразно принимать в диапазоне
0.5 ТаТр
0< К’’ < -----------------------
Кр
3.4. Рассчитать и построить КЧХ, АЧХ, ФЧХ и ВЧХ системы в замкнутом состоянии, оценить частотные свойства ее и показатели качества регулирования (tп, g, G). Сравнить полученные значения показателей качества с соответствующими значениями пункта 3.3.
3.5. Определить показатели качества регулирования (tп, G) по расположению нулей и полюсов передаточной функции системы в комплексной плоскости и сравнить их с соответствующими значениями пунктов 3.3 и 3.4.
3.6. Рассчитать и построить область устойчивости системы в плоскости параметров Кр, К’ при К” = К”расч. Окончательно выбрать значения Кр.расч. и К’расч.
3.7. Определить запас устойчивости системы по модулю и фазе (по Найквисту).
Задание 2
1. Провести исследование системы автоматического регулирования частоты вращения гидроагрегата, работающего на выделенную нагрузку.
2. Исходные данные.
2.1. Структурная схема
1 - генератор, работающий на выделенную нагрузку;
2 - гидротурбина;
3 - регулятор;
mс- момент сопротивления, (о.е.);
mг - момент, развиваемый турбиной, (о.е.);
a - степень открытия регулирующего клапана турбины, (о.е.);
W - частота вращения турбины, (о.е.).
2.2. Передаточные функции элементов структурной схемы:
DW(p) Ка
W1(р) =----------------- = --------------;
Dmизб(р) Тар+1
Dmг(p) -0.1Т0р+1
W2(р) =--------------- = ------------------------;
Da(р) 0.05Т0р+1
Da(p) Кр(1+К’р+К’’р2)
W3(р) =--------------- = -------------------------------------,
DW(р) ТрP+1
где Та - постоянная инерции агрегата с учетом нагрузки, отнесенная к базисной (номинальной) мощности, (с);
Т0 - постоянная времени водовода при номинальной частоте вращения, соответствующая номинальной нагрузке агрегата, (с);
Тр - постоянная времени регулятора, (с);
Ка, Кр, К’, К’’ - коэффициенты передачи.
2.3. Параметры элементов структурной схемы
| Параметры | Варианты | |||||||||
| 2.1 | 2.2 | 2.3 | 2.4 | 2.5 | 2.6 | 2.7 | 2.8 | 2.9 | 2.10 | |
| Ка | 1.0 | 0.8 | 0.5 | 0.4 | 1.0 | 0.8 | 1.0 | 0.8 | 1.0 | 0.5 |
| Та,с | 6.4 | 4.0 | 4.0 | 6.4 | 5.0 | 4.0 | 5.0 | 5.0 | ||
| Т0,с | 2.0 | 1.0 | 2.0 | 1.0 | 2.0 | 2.0 | 2.0 | 1.0 | 2.0 | 1.0 |
| Тр,с | 5.0 | 5.0 | 5.0 | 5.0 |
3. Содержание задания.
3.1. Составить структурную схему и найти эквивалентные передаточные функции САУ по воздействиям Dmс и DWзад.
3.2. Выбрать значение Кр.расч., при котором обеспечивается статизм регулирования Кс £ 0.05 (по возмущающему воздействию mс).
3.3. Рассчитать и построить переходные характеристики системы DW=f(t) при выбранном значении Кр=Кр.расч. и различных значениях К’ и К” (для входных воздействий Wзад = 1.0 и mс = 1.0.
Выбрать значения К’ = К’расч. и К” = К”расч., при которых переходные процессы имеют затухающий и, по возможности, монотонный (без перерегулирования) характер. Определить время переходного процесса tп и, при необходимости, перерегулирование g и колебательность G.
Значения К” целесообразно принимать в диапазоне
0.5 ТаТр
0< К’’ <-----------------
КаКр
3.4. Рассчитать и построить КЧХ, АЧХ, ФЧХ и ВЧХ системы в замкнутом состоянии, оценить частотные свойства и показатели качества регулирования (tп, g, G). Сравнить полученные значения показателей качества с соответствующими значениями пункта 3.3.
3.5. Определить показатели качества регулирования (tп, G) по расположению нулей и полюсов передаточной функции системы в комплексной плоскости и сравнить их с соответствующими значениями пунктов 3.3 и 3.4.
3.6. Рассчитать и построить область устойчивости системы в плоскости параметров Кр, К’ при К” = К”расч.
Окончательно выбрать значения Кр.расч. и К’расч.
3.7. Определить запас устойчивости системы по модулю и фазе (по Найквисту).
Задание 3
1. Провести исследование системы автоматического регулирования активной мощности ГЭС.
2. Исходные данные.
2.1. Структурная схема
1- регулятор мощности;
2 - серводвигатель;
3 - гидравлическая турбина;
4 - звено, моделирующее изменение частоты вращения эквивалентного гидроагрегата от изменения момента;
5 - звено, моделирующее изменение угла Dd от изменения частоты вращения DW;
6 - звено, моделирующее изменение электрической мощности эквивалентного гидрогенератора от изменения угла Dd;
Рзад - задание по мощности, (о.е.);
Рэ - электрическая мощность эквивалентного гидрогенератора, (о.е.);
G - регулирующее воздействие на входе серводвигателя, (о.е.);
a - степень открытия направляющего аппарата, (о.е.);
m - момент на валу турбины, (о.е.);
W - угловая частота вращения, (о.е.);
d - угол между векторами ЭДС эквивалентного гидрогенератора ГЭС и эквивалентного генератора приемной энергетической системы.
2.2. Передаточные функции элементов структурной схемы
DG(p) Da(р) К’p + 1
W1(р) =-------- = Кр ; DР = DРзад - DРэ; W2(р) =-------- = ---------------;
DP(р) DG(p) Трр
Dm(p) 1 - a0Т0р DW(р) 1
W3(р) =----------- = -------------------; W 4(р) =--------------- = ---------;
Da(р) 1 + 0.5a0Т0р Dm(p) Тар
Dd(р) 1 DРэ
W 5(р) = ----------- = -----------; W 6(р) = ----------- = К х + К ‘х P,
DW(p) Тdр Dd(р)
где Кр - коэффициент передачи регулятора мощности;
К’ - коэффициент передачи по скорости изменения мощности;
Тр - постоянная времени регулятора, (с);
a0 - исходная нагрузка эквивалентного гидроагрегата, (о.е.);
Т0 - постоянная времени водовода при номинальной частоте вращения, соответствующая номинальной нагрузке агрегата, (с);
Та - постоянная инерции эквивалентного гидроагрегата, отнесенная к базисной (номинальной) мощности, (с); Тd = 0.00318 с (при wном = 314 рад/с);
К х , К ‘х - коэффициенты передачи эквивалентного гидроагрегата.
2.3. Параметры элементов структурной схемы
| Параметры | Варианты | |||||||||
| 3.1 | 3.2 | 3.3 | 3.4 | 3.5 | 3.6 | 3.7 | 3.8 | 3.9 | 3.10 | |
| Т0,с | 2.0 | 2.0 | 1.0 | 2.0 | 1.0 | 1.0 | 3.0 | 2.0 | 1.0 | 2.0 |
| Та,с | 8.0 | 8.0 | 5.0 | 8.0 | 8.0 | |||||
| Тр,с | 5.0 | 4.0 | 4.0 | 7.0 | 5.0 | 5.0 | 5.0 | 7.0 | 5.0 | 5.0 |
| Кх | 1.0 | 1.0 | 1.0 | 1.0 | 1.0 | 1.0 | 1.0 | 1.0 | 1.0 | 1.0 |
| К’х | 0.1 | 0.1 | 0.1 | 0.1 | 0.1 | 0.1 | 0.1 | 0.1 | 0.1 | 0.1 |
3. Содержание задания.
3.1. Рассчитать и построить переходную характеристику системы DРэ = f(t) для a0 = 1.0 и a0 = 0.1 (холостой ход) при DРзад = 1.0, Кр = Кр,расч. и различных значениях Кр и К’.
Выбрать значение Кр,расч и К’расч., при которых переходный процесс имеет затухающий и, по возможности, монотонный (без перерегулирования) характер.
3.2. Рассчитать и построить КЧХ, АЧХ и ФЧХ системы в замкнутом состоянии, оценить частотные свойства (при a0 = 1.0) и качество регулирования.
3.3. Определить показатели качества регулирования по расположению нулей и полюсов передаточной функции системы в комплексной плоскости.
3.4. Рассчитать и построить область устойчивости системы в плоскости параметров Кр и К’ при a0 = 1.0 и a0 = 0.1.
3.5. Определить запас устойчивости системы по модулю и фазе (по Найквисту).
Задание 4
1. Провести исследование системы автоматического регулирования частоты вращения турбоагрегата (без промежуточного перегрева пара), работающего на выделенную (изолированную) электрическую нагрузку.
2. Исходные данные.
2.1. Структурная схема
1-турбогенератор;
2 - звено, моделирующее регулирующий эффект электрической нагрузки;
3 - паровая турбина;
4 - гидравлический серводвигатель;
5 - регулятор частоты вращения;
W - угловая частота вращения, (о.е.);
Р - потребляемая электрическая мощность (нагрузки), (о.е.);
Рт - механическая мощность на валу турбины, (о.е.);
DРн - изменение мощности, обусловленное регулирующим эффектом нагрузки, (о.е.);
Н - степень открытия регулирующего клапана турбины, (о.е.);
l - регулирующее воздействие на выходе регулятора, (о.е.).
2.2. Передаточные функции элементов структурной схемы
DW(p) 1 DРн(р)
W1(р) =---------------- = -------; W2(р) =-------------- = К н ;
DPизб(р) TJP DW(p)
DРт(p) 1 DН(р) 1
W3(р) =------------- = ---------------; W4(р) =--------------- = ---------------;
DН(р) Тп р + 1 Dl(p) Тд р + 1
Dl(р)
W5(р) = -------------- = Кр (1 + К`р),
DW(p)
где ТJ - постоянная времени механической инерции, (с);
Кн - коэффициент регулирующего эффекта нагрузки;
Тп - постоянная времени паропровода, (с);
Кр, К’- коэффициенты передачи.
2.3. Параметры элементов структурной схемы
| Параметры | Варианты | |||||||||
| 4.1 | 4.2 | 4.3 | 4.4 | 4.5 | 4.6 | 4.7 | 4.8 | 4.9 | 4.10 | |
| ТJ,с | ||||||||||
| Тп,с | 5.0 | 5.0 | 4.0 | 6.0 | 4.0 | 7.0 | 5.0 | 6.0 | 4.0 | 5.0 |
| Тд,с | 0.5 | 0.4 | 0.6 | 0.4 | 0.4 | 0.5 | 0.5 | 0.6 | 0.4 | 0.6 |
| Кн | 1.5 | 1.0 | 1.2 | 1.0 | 1.2 | 1.0 | 1.2 | 1.5 | 1.0 | 0.8 |
3. Содержание задания.
3.1. Выбрать значение Кр,расч., при котором обеспечивается статизм регулирования Кс £ 0.04.
3.2. Рассчитать и построить переходную характеристику системы DW=f(t) при DР = 1.0, Кр = Кр.расч. и различных значениях К’.
Выбрать значение К’расч., при котором переходный процесс имеет затухающий и, по возможности, монотонный (без перерегулирования) характер.
3.3. Рассчитать и построить КЧХ, АЧХ и ФЧХ системы в замкнутом состоянии, оценить частотные свойства и качество регулирования.
3.4. Определить показатели качества регулирования по расположению нулей и полюсов передаточной функции системы в комплексной плоскости.
3.5. Рассчитать и построить область устойчивости системы в плоскости параметров Кр, К’.
Окончательно выбрать значения Кр.расч. и К’расч.
3.6. Определить запас устойчивости системы по модулю и фазе (по Найквисту).
Задание 5
1. Провести исследование системы автоматического регулирования возбуждения синхронного генератора с электромашинным возбудителем.
2. Исходные данные.
2.1. Структурная схема
1- генератор;
2 - возбудитель;
3 - звено, моделирующее цепь самовозбуждения возбудителя;
4 - звено, моделирующее цепь независимого возбуждения возбудителя;
5 - усилительный орган регулятора;
6 - измерительный орган регулятора;
7 - звено гибкой обратной связи по напряжению возбуждения генератора;
8 - звено, моделирующее влияние тока нагрузки на изменение напряжения генератора;
U - напряжение генератора, (о.е.);
I - ток нагрузки генератора, (о.е.);
Eq - ЭДС генератора, (о.е.);
EB - ЭДС возбудителя;
Iвв - ток возбуждения возбудителя, (о.е.);
Iсв - ток самовозбуждения возбудителя, (о.е.);
Iнв - ток независимого возбуждения возбудителя, приведенный к обмотке самовозбуждения, (о.е.);
IР - ток выхода регулятора, (о.е.);
Uу - напряжение управления усилительным органом регулятора, (о.е.);
Uз - предписанное (заданное) значение напряжения генератора, (о.е.).
2.2. Передаточные функции элементов структурной схемы
DEq(p) Kг DEВ(р)
W1(р) =-------------- = ---------------; W2(р) =------------ = К 0 ;
DEв(р) Tвр + 1 DIвв(p)
DIсв(p) Ксв DIнв(р) Кнв
W3(р) = -------------- = ----------------; W 4(р) = -------------- = ----------------;
DEВ(р) Тсвр + 1 DIр(p) Тнвр + 1
DIр(p) Ку DUу(р)
W 5(р) = -------------- = --------------; W 6(р) = -------------- = Ки;
DUу(р) Тур + 1 DU(p)
DUу(p) DEq(р)
W7(р) = -------------- = Кос P; W8(р) = -------------- = Xd sinj;
DEВ(р) DI(p)
где Кг - коэффициент передачи генератора;
Тв - постоянная времени обмотки возбуждения генератора, (с);
К0 - коэффициент передачи возбудителя;
Ксв - коэффициент передачи цепи самовозбуждения возбудителя;
Тсв - постоянная времени цепи самовозбуждения, (с);
Кнв - коэффициент передачи цепи независимого возбуждения возбудителя;
Тнв - постоянная времени цепи независимого возбуждения возбудителя, (с);
Ку - коэффициент передачи усилительного органа регулятора;
Ту - постоянная времени усилительного органа регулятора, (с);
Кu - коэффициент передачи измерительного органа регулятора;
Кос - коэффициент передачи звена обратной связи;
Xd - синхронное сопротивление генератора, (о.е.);
cos j - коэффициент мощности генератора.
2.3. Параметры элементов структурной схемы
| Параметры | Варианты | |||||||||
| 5.1 | 5.2 | 5.3 | 5.4 | 5.5 | 5.6 | 5.7 | 5.8 | 5.9 | 5.10 | |
| Xd | 1.65 | 1.71 | 1.85 | 2.07 | 2.46 | 2.65 | 2.2 | 1.51 | 1.9 | 1.2 |
| Тв,с | 7.45 | 7.26 | 7.93 | 7.9 | 10.4 | 10.4 | 10.35 | 6.15 | 6.23 | 8.85 |
| К0 | 0.5 | 0.6 | 0.4 | 0.6 | 0.5 | 0.4 | 0.6 | 0.4 | 0.5 | 0.6 |
| Тсв,с | 2.0 | 2.4 | 2.5 | 2.2 | 2.0 | 2.4 | 2.1 | 2.3 | 2.0 | 2.5 |
| Тнв,с | 1.2 | 1.0 | 1.5 | 1.4 | 1.0 | 1.2 | 1.1 | 1.2 | 1.0 | 1.4 |
| Ту,с | 0.8 | 0.6 | 0.8 | 0.6 | 0.8 | 0.6 | 0.8 | 0.6 | 0.8 | 0.6 |
| Кн | 1.0 | 1.0 | 1.0 | 1.0 | 1.0 | 1.0 | 1.0 | 1.0 | 1.0 | 1.0 |
Кг = 1.0; Кнв = 1.0; Ксв = 0.7; Ки = 1.0; cos j = 0.8.
3. Содержание задания.
3.1. Выбрать значение Ку,расч., при котором обеспечивается статизм регулирования Кс £ 0.05.
3.2. Рассчитать и построить переходную характеристику системы DU = f(t) при DI = 1.0, Ку = Ку,расч. и различных значениях Кос.
Выбрать значение Кос,расч., при котором переходный процесс имеет затухающий и, по возможности, монотонный (без перерегулирования) характер.
3.3. Рассчитать и построить КЧХ, АЧХ и ФЧХ системы в замкнутом состоянии, оценить частотные свойства и качество регулирования.
3.4. Определить показатели качества регулирования по расположению нулей и полюсов передаточной функции системы в комплексной плоскости.
3.5. Рассчитать и построить область устойчивости системы в плоскости параметров Ку, Кос.
Окончательно выбрать значения Ку.расч. и Кос.расч.
3.6. Определить запас устойчивости системы по модулю и фазе (по Найквисту).