Содержание курсовой работы

1 2 3 4 5 6 7

Государственное образовательное учреждение

Высшего профессионального образования Московской области

«Международный университет природы, общества и человека «Дубна»

(Университет «Дубна»)

Кафедра «Энергия и окружающая среда»

УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКИЙ КОМПЛЕКС ДИСЦИПЛИНЫ

СИСТЕМЫ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ ЭНЕРГОУСТАНОВОК

По специальностям

140202.65 – Нетрадиционные и возобновляемые источники энергии

и направлению 650900

Дубна, 2010г.

УМК разработан

Ружинским М.А.., к.т.н., доцентом, кафедры «Энергия и окружающая среда»

_______________________

(подпись)

Протокол заседания кафедры «Энергия и окружающая среда»

(название кафедры)

№ _____ от «____» ________________ 201__ г.

Заведующий кафедрой _______________ / Николаев Н.В. /

(подпись) (фамилия, имя, отчество)

декан факультета ЕиИН _________________/ Деникин А.С. /

(подпись) (фамилия, имя, отчество)

Проректор по учебной работе _______________ С.В. Моржухина

(подпись) (фамилия, имя, отчество)

Государственное образовательное учреждение

Высшего профессионального образования Московской области

«Международный университет природы, общества и человека «Дубна»

(Университет «Дубна»)

УТВЕРЖДАЮ________________

Проректор по учебной работе____

_______________ С.В. Моржухина

«______» ________________ 201 г.

ПРОГРАММА ДИСЦИПЛИНЫ

ТЕОРИЯ АВТОМАТИЧЕСКОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ

По специальности

140202.65 – Нетрадиционные и возобновляемые источники энергии и направлению 650900

Форма обучения: очная

Уровень подготовки: (специалист)

Курс (семестр) 4(7-8)

Дубна, 2010 г.

Содержание

1. Пояснительная записка

2. Объем и содержание лекционного курса

3. Рабочая программа дисциплины

4. Учебно-методическое пособие для выполнения курсовой работы «Система управления ветроэнергетической установкой»

5. Вопросы к зачету по курсу «Системы автоматического управления энергоустановок»

1. Пояснительная записка

Дисциплина «Системы автоматического управления энергоустановок» является дисциплиной специализации и предназначена для студентов IV курса специальности «Нетрадиционные и возобновляемые источники энергии».

В соответствии с учебным планом курс содержит лекции и семинарские занятия, в процессе изучения дисциплины студенты выполняют контрольную и курсовую работы.

При изучении курса студенты знакомятся с теоретическими основами дисциплины «Системы автоматического управления энергоустановками», ее местом и ролью в процессе проектирования энергоустановок. Они должны изучить основные принципы построения систем управления ветроэнергетических установок различного класса, получить практические навыки расчета статических, динамических и энергетических характеристик ветроустановок, познакомиться с вопросами математического и полунатурного моделирования динамических систем, изучить основные задачи разработки систем безопасности в соответствии с предъявляемыми к этим системами требованиями.

Преподавание дисциплины основано на изученных студентами курсах высшей математики, механики, теории автоматического управления, аэродинамики. В состав курса включены оригинальные результаты, полученные МКБ «Радуга» и смежными организациями, полученными при разработке ряда ветроустановок различной мощности.

2. Объем и содержание лекционного курса

2.1 Объем дисциплины и виды учебной работы (час):

Вид занятий	Всего часов	Семестры
		7	8
Общая трудоёмкость	160	80	80
Аудиторные занятия:	102	51	51
Лекции	68	34	34
Семинары (С)	34	17	17
Самостоятельная работа:	58	29	29
Курсовой проект (работа)	18	-	18
Вид итогового контроля (зачёт, экзамен)		Зачёт.	Зачёт. Экзамен

2.2 Содержание лекционного курса

I. Введение.

Основы современной энергетики. Прогнозы по запасам углеводородного топлива. Возобновляемые источники энергии. Ветроэнергетика.

Национальные программы развитых стран в области ветроэнергетики. Развитие ветроэнергетики в Советском Союзе и России.

Газотурбинные установки на базе авиационных двигателей.

Ветроэнергетика как наукоемкая область техники. Состав и основные технические характеристики ветроэнергетических установок (ВЭУ). Классификация ВЭУ.

II. Основы теории систем управления (обзор).

Управление в технических системах. Принципы управления. Жесткое управление. Регулирование. Настройка. Структура САУ. Информация и управление.

Математические модели систем управления. Типы преобразований: функция, функционал, оператор. Звено. Статическая характеристика звена. Линеаризация.

Линейные системы автоматического управления. Динамические характеристики линейных систем. Элементарные звенья. Звено запаздывания.

Устойчивость. Устойчивость равновесия. Устойчивость по Ляпунову. Критерии устойчивости. Критерий устойчивости Найквиста. Запасы устойчивости. Определение устойчивости по логарифмическим частотным характеристикам.

III. Автоматические регуляторы и

системы автоматического управления.

Регуляторы прямого действия. Поплавковые регуляторы. Центробежный регулятор поворота лопастей ветродвигателя.

Система управления ВЭУ: назначение, состав, структурная схема. Контур управления частотой вращения и канал ориентации на ветер. Режимы работы ВЭУ, связь между ними и условия перехода из одного режима в другой.

IV. Преобразование энергии.

Энергия ветрового потока, механическая мощность, электрическая мощность, механический и электрический кпд.

Ветер. Скорость ветра: мгновенная и средняя. Ветроэнергетический кадастр. Повторяемость ветра. Быстроходность. Вращательный момент. Коэффициент момента и коэффициент использования ветра. Рабочие характеристики ветродвигателя.

V. Статические характеристики.

Статические характеристики ВЭУ: зависимости вырабатываемой мощности, момента ветроколеса, частоты вращения и угла поворота лопасти как функции скорости ветра. Расчет статических характеристик и вырабатываемой за год мощности.

VI. Динамика ВЭУ

Динамика ВЭУ как раздел аэромеханики. Методы решения задач динамики ВЭУ, независимые координаты, динамические режимы.

Уравнение вращательного движения ветроколеса и уравнение поворота лопасти. Демпфирующий и шарнирный моменты. Методы численного интегрирования уравнений движения.

Режим запуска. Методы запуска: автономный, принудительный, последовательный и комбинированный. Момент трогания и момент трения. Программа запуска.

Режим торможения. Аэродинамическое торможение. Перерегулирование по угловой скорости.

VII. Система безопасности.

Определение системы безопасности. Тормозная система. Общая концепция безопасности.

Рабочая тормозная система. Аварийная тормозная система. Типы аварийных систем.

Общая концепция безопасности применительно к ВЭУ Р-1. Требования к тормозной системе. Сигналы безопасности. Отказные ситуации и реакции на отказные ситуации: аварийный останов, принудительное флюгирование, понижение мощности и работа при частичные отказах.

VIII. Устройства систем управления

и их математические модели.

Математическая модель генератора. Многомашинные системы генерирования – энергетический, динамический и электрический аспекты их применения.

Измерительные устройства: потенциометр, датчики угловой скорости (центробежные, гироскопических, фотометрические и тахогенераторы), акселерометр. Гидравлический рулевой привод.

Система измерения параметров ветра. Анализ картины обтекания ветроколеса, штанговый и верхний приемники воздушного давления. Метеорологические методы измерения скорости. Анемометр и румбометр.

IX. Оптимизация выработки электроэнергии.

Распределение Вейбулла. Функция распределения. Плотность распределения. Свойства распределения Вейбулла, связь параметров со средней скоростью ветра.

Оптимизация частоты вращения: метод, алгоритмы и программа расчета.

Х. Метод моделирования в проектировании

систем автоматического управления.

Математическая модель и математическое моделирование системы управления.

Комплекс полунатурного моделирования. Проведение полунатурного моделирования: методология, этапность, интерпретация результатов.

2.3 Контрольная работа

Определение параметров линейной системы автоматического управления с заданными запасами устойчивости.

2.4 Курсовая работа

Курсовая работа «Система автоматического управления ветроэнергетической установкой» должна включать обоснованный выбор в соответствии с заданием основных параметров ветроэнергетической установки (ВЭУ), описание структурной схемы и работы системы автоматического управления ВЭУ, расчет статических, динамических и энергетических характеристик ВЭУ, оптимизацию частоты вращения энергетической установки по критерию максимума вырабатываемой за год электроэнергии. Должна быть описана система безопасности ВЭУ и выбраны ее основные характеристики на основании анализа процесса аэродинамического торможения.

Литература

Основная

1. Андрианов В.Н., Быстрицкий Д.Н., Вашкевич К.П., Секторов В.Р. Ветроэлектрические станции. – М.: Госэнергоиздат, 1960.

2. Шефтер Я.И. Использование энергии ветра. М.:Энергоатомиздат, 1983.

3. Нетрадиционная энергетика. Ветроэнергетика. Установки ветроэнергетические. Классификация. ГОСТ Р 51991 – 2002. М.: Госстандарт России.

4. Нетрадиционная энергетика. Ветроэнергетика. Установки ветроэнергетические. Общие технические требования. ГОСТ Р 51991- 2002. М.: Госстандарт России.

5. Ружинский М.А. Система управления ветроэнергетической установкой. Учебно-методическое пособие. Рукопись, Дубна, 2009.

Дополнительная

1. Дьяков А.Ф., Перминов Э.М., Шакарян Ю.Г. Ветроэнергетика России. Состояние и перспективы развития. – М.: Издательство МЭИ, 1996.

2. Фатеев Е.М. Ветродвигатели и ветроустановки. М.: ОГИЗ – Сельхозгиз, 1949.

3. Матвеева Л.С., Плотников А.А. Оптимизация параметров ветроэнергетической установки по критерию максимальной выработки электроэнергии, С-Пб, Научно-технические ведомости, № 6, 2006 г.

4. Сабинин Г.Х. Теория регулирования быстроходных ветродвигателей поворотом лопастей центробежным регулятором. – в сборнике «Промышленная аэродинамика». – М.: ЦАГИ – Гособоронгиз, 1957.

5. Нетрадиционная энергетика. Ветроэнергетика. Термины и определения. ГОСТ Р 51237-98. М.: Госстандарт России.

6. Нетрадиционная энергетика. Ветровые турбогенераторные системы. Требования безопасности. М.: Госстандарт России, 2003г.

4.Учебно-методическое пособие для выполнения курсовой работы «Система управления ветроэнергетической установкой»

Введение

Настоящее учебно-методическое пособие является руководством для выполнения курсовой работы по дисциплине «Системы автоматического управления» студентами IV курса по специальности «Нетрадиционные и возобновляемые источники энергии».

Содержание курсовой работы.

В курсовой работе должны быть представлены следующие разделы: