Гордеев А.С. Моделирование в агроинженерии - файл n1.doc

Гордеев А.С. Моделирование в агроинженерии
скачать (2046.7 kb.)
Доступные файлы (1):
n1.doc3932kb.03.12.2007 20:56скачать

n1.doc

1   2   3   4   5   6   7   8   9   10
ГЛАВА 6. СРЕДСТВА РЕАЛИЗАЦИИ МАТЕМАТИЧЕСКИХ МОДЕЛЕЙ В СРЕДЕ МОДЕЛИРОВАНИЯ MATLAB
6.1. Общие сведения о среде моделирования Matlab
Matlab — одна из систем автоматизации математических расчетов, построен-ная на расширенном представлении и применении матричных операций. Это нашло отражение в названии системы — MATrix LABoratory — матричная лаборатория. Matlab — это коллекция программ численных методов компьютерной математики. Это сочетается с мощными средствами графической визуализации и анимационной графики.

В области математических вычислений Matlab имеет:

- матричные, векторные, логические операторы;

- элементарные и специальные функции;

- полиномиальная арифметика;

- многомерные массивы;

- массивы записей;

- массивы ячеек.

В области визуализации и графики:

- возможность создания двумерных и трехмерных графиков;

- осуществление визуального анализа данных;

- функции визуализации: вывод на экран двумерных изображений, поверхностей и объемных фигур в виде прозрачных объектов;

- инструментальная панель Camera для управления перспективой;

- инструменты проектирования графического пользовательского интерфейса;

- обработка (регрессия, интерполяция, аппроксимация и вычисление основных статистических параметров) графических данных прямо из окна графики.

В Matlab задачи расширения системы решаются с помощью специализирован-ных пакетов расширения - наборов инструментов (Toolbox). Многие из них содер-жат специальные средства для интеграции с другими программами, поддержки объектно-ориентированного и визуального программирования, для генерации различ-ных приложений. Приведем некоторые из Toolbox.

Simulink for Windows - пакет расширения Simulink служит для имитационно-го моделирования моделей, состоящих из графических блоков с заданными свойст-вами. Компоненты моделей, в свою очередь, являются графическими блоками, которые содержатся в ряде библиотек и могут переноситься в основное окно и соединяться друг с другом необходимыми связями. В состав моделей могут вклю-чаться источники сигналов различного вида, виртуальные регистрирующие прибо-ры, графические средства анимации. Пакет основан на построении блочных схем путем переноса блоков из библиотеки компонентов в окно редактирования создаваемой пользователем модели.

Simulink составляет и решает уравнения состояния модели и позволяет подк-лючать в нужные ее точки разнообразные виртуальные измерительные приборы.

Neural Networks Toolbox - пакет прикладных программ, содержащих средства для построения нейронных сетей, базирующихся на поведении математического аналога нейрона. Пакет обеспечивает эффективную поддержку проектирования, обучения и моделирования множества известных сетевых парадигм, от базовых моделей персептрона до самых современных ассоциативных и самоорганизующих-ся сетей. Пакет может быть использован для исследования и применения нейрон-ных сетей к таким задачам, как обработка сигналов, нелинейное управление и моделирование в экономике. В пакет включены более 15 известных типов сетей и обучаю-щих правил, позволяющих пользователю выбирать наиболее подходящую для конкретного приложения или исследовательской задачи парадигму.

NAG Foundation Toolbox -пакет обеспечивает следующие возможности математической обработки информации:

 - нахождение корней многочленов;

- вычисление суммы ряда: дискретное и эрмитово-дискретное преобразование Фурье;

- обыкновенные дифференциальные уравнения; 

- уравнения в частных производных; 

- интерполяция;

- вычисление собственных значений и векторов, сингулярных чисел, поддержка комплексных и действительных матриц;

- аппроксимация кривых и поверхностей: полиномы, кубические сплайны;

- минимизация и максимизация функций: линейное и квадратичное программ-мирование, экстремумы функций нескольких переменных;

- решение систем линейных уравнений;

- статистические расчеты, включая описательную статистику и распределения вероятностей;

- корреляционный и регрессионный анализ: линейные, многомерные и обобщенные линейные модели;

Spline Toolbox- пакет прикладных программ для работы со сплайнами. Поддерживает одномерную, двумерную и многомерную сплайн-интерполяцию и аппроксимацию. Обеспечивает представление и отображение сложных данных и поддержку графики.

Optimization Toolbox- пакет для решения оптимизационных задач и систем нелинейных уравнений. Поддерживает основные методы оптимизации функций ряда переменных:

- безусловная оптимизация нелинейных функций;

- метод наименьших квадратов и нелинейная интерполяция;

- решение нелинейных уравнений;

- линейное программирование;

- квадратичное программирование;

- условная минимизация нелинейных функций;

- метод минимакса;

- многокритериальная оптимизация.

Partial Differential Equations Toolbox- пакет, содержащий множество функ-ций для решения систем дифференциальных уравнений в частных производных. В пакете используется метод конечных элементов. Команды и графический интер-фейс пакета могут быть использованы для математического моделирования уравне-ний в частных производных применительно к широкому классу инженерных и нау-чных приложений, включая задачи сопротивления материалов, расчеты электромаг-нитных устройств, задачи тепломассопереноса и диффузии.

Stateflow — пакет моделирования событийно-управляемых систем, основан-ный на теории конечных автоматов. Этот пакет предназначен для использования вместе с пакетом моделирования динамических систем Simulink. В любую Simu-link-модель можно вставить Stateflow-диаграмму, которая будет отражать поведение компонентов объекта (или системы) моделирования. Диаграмма является анимаци-онной. По ее выделяющимся цветом блокам и связям можно проследить все стадии работы моделируемой системы или устройства и поставить ее работу в зависимость от тех или иных событий.

LMI Control Toolbox -пакет LMI обеспечивает интегрированную среду для постановки и решения задач линейного программирования. Позволяет решать лю-бые задачи линейного программирования практически в любой сфере деятельнос-ти, где такие задачи возникают. Пакет LMI Control содержит современные симп-лексные алгоритмы для решения задач линейного программирования.

Signal Processing Toolbox - пакет Signal Processing обеспечивает создание программ обработки сигналов для современных научных и технических приложе-ний. В пакете используется разнообразная техника фильтрации и алгоритмы спект-рального анализа. Пакет содержит модули для разработки линейных систем и ана-лиза временных рядов.

Image Processing Toolbox- пакет Image Processing предоставляет ученым, инженерам и даже художникам широкий спектр средств для цифровой обработки и анализа изображений. Будучи тесно связанным со средой разработки приложений Matlab, пакет Image Processing Toolbox освобождает от выполнения длительных операций кодирования и отладки алгоритмов, позволяя сосредоточить усилия на решении основной научной или практической задачи. Основные функции пакета:

- анализ изображения;

- преобразование изображений;

- обработка изображений и статистика;

- цветовые преобразования;

- преобразование типов изображений и др.

Mapping Toolbox- пакет Mapping предоставляет графический и командный интерфейс для анализа географических данных, отображения карт и доступа к внешним источникам данных по географии. Кроме того, пакет пригоден для работы с множеством широко известных атласов. Все эти средства в комбинации с Matlab предоставляют пользователям все условия для продуктивной работы с научными географическими данными. Основные возможности пакета:

- визуализация, обработка и анализ графических и научных данных; 

- более 60 проекций карт (прямые и инверсные);

- проектирование и отображение векторных, матричных и составных карт; 

- глобальные и региональные атласы данных; 

- функции географической статистики и навигации и др.

Power System Blockset- пакет моделирования мощных энергетических сис-тем, таких как линии передачи, силовые ключи, регуляторы напряжения и тока, устройс-тва управления электродвигателями различного типа и нагревательными системами.

Этот пакет обеспечивает моделирование широкого спектра энергетических систем и устройств — начиная с анализа простейших электрических цепей и кончая моделированием сложных преобразовательных устройств и даже целых электричес-ких систем. Результаты моделирования отображаются разнообразными виртуаль-ными измерительными приборами, такими как графопостроители, осциллографы и др.

Matlab — расширяемая система, и ее легко приспособить к решению нужных классов задач. Ее огромное достоинство заключается в том, что это расширение достигается естественным путем и реализуется в виде так называемых m-файлов (с расширением .m). Благодаря текстовому формату m-файлов пользователь может ввести в систе-му любую новую команду, оператор или функцию и затем пользова-ться ими столь же просто, как и встроенными операторами или функциями.

Система Matlab имеет входной язык, напоминающий Бейсик (с примесью Фортрана и Паскаля). Запись программ в системе традиционна и потому привычна для большинства пользователей компьютеров. К тому же система дает возмож-ность редактировать программы с помощью любого привычного для пользователя текстового редактора. Имеет она и собственный редактор с отладчиком.

6.2. Среда программирования Simulink - приложение к пакету Matlab
Программа Simulink является приложением к среде программирования - паке-ту Matlab. При моделировании с использованием Simulink реализуется принцип визуального программирования, в соответствии с которым пользователь на экране из библиотеки стандартных блоков создает модель устройства и осуществляет расчеты.

Simulink является самостоятельным инструментом Matlab, и при работе с ним совсем не требуется знать сам Matlab и остальные его приложения. С другой сто-роны, доступ к функциям Matlab и другим его инструментам остается открытым и их можно использовать в Simulink.

Simulink - это интерактивная среда для моделирования и анализа широкого класса динамических систем с помощью блок-диаграмм.

Основные свойства подсистемы Simulink:

- включает в себя обширную библиотеку блоков (непрерывные элементы, дискретные элементы, математические функции, нелинейные элементы,  источники сигналов, средства отображения, дополнительные блоки), которые можно использовать для графической сборки систем;

- предоставляет возможность моделирования линейных, нелинейных, непрерывных, дискретных и гибридных систем;

- блок-диаграммы могут быть объединены в составные блоки, что позволяет использовать иерархическое представление структуры модели, тем самым обеспечивая упрощенный взгляд на компоненты и подсистемы;

- содержит средства для создания пользовательских блоков и библиотек блоков;

- поддерживает подсистемы, работающие по условиям.

Simulink обеспечивают интерактивную среду для моделирования, при этом поведение модели и результаты ее функционирования отображаются в процессе работы, и существует возможность изменять параметры модели даже в тот момент, когда она выполняется.

В Simulink имеются специализированные приложения, значительно увеличи-вающие мощь данной среды моделирования. Для добавления в Simulink событий-но-управляемого поведения модели имеется приложение Stateflow, дающее воз-можность моделировать поведение сложных систем, базируясь на теории конечных автоматов.
6.3. Этапы построения модели в подсистеме Simulink
После открытия основного окна программы Matlab нужно запустить програм-му Simulink. Это приводит к открытию окна обозревателя разделов библиотеки Simulink , рис.6.1. Процедура поиска и перемещения блоков из библиотеки Simulink в окно модели напоминает операции копирования и перемещения файлов в среде Windows.

Библиотека Simulink содержит следующие основные разделы:

- Continuous – библиотека непрерывных элементов (интегратор, дифференциатор, линейная система ОДУ и т.д.);

- Discrete – библиотека дискретных элементов (интегратор с дискретным временем, дискретный фильтр и т.д.);

- Functions & Tables – функции и таблицы (вызов функций Matlab, S-функции, блок, преоразующий входной вектор в выходной (с использованием линейной интерполяции значений, определенных в параметрах блока) и т.д.);

- Math – математические функции (абсолютное значение, комбинаторная логика, выделение вещественной и мнимой составляющей комплексного числа и т.д.);

- Nonlinear – нелинейные элементы (релейное звено, переключатель и т.д.);

- Signals & Systems – сигналы и системы (составной блок, входной сигнал, выходной сигнал, мультиплексер, демультиплексер и т.д.);
- Sinks – средства отображения (временная диаграмма, вывод результатов в файл, остановка выполнения модели и т.д.);

- Sources – источники сигналов (генератор импульсных/синусоидальных сигналов, генератор случайных чисел, генератор пилообразных сигналов, часы и т.д.).



Рис 6.1. Окно обозревателя с набором блоков раздела библиотеки.

Для того чтобы развернуть или свернуть узел дерева, достаточно щелкнуть по его пиктограмме. При выборе соответствующего раздела библиотеки в правой части окна отображается его содержимое (рис. 6.1.). Для работы с окном использу-ются команды, собранные в меню. Меню обозревателя библиотек содержит следующие пункты:

File (Файл) — Работа с файлами библиотек.

Edit (Редактирование) — Добавление блоков и их поиск (по названию).

View (Вид) — Управление показом элементов интерфейса.

Help (Справка) — Вывод окна справки по обозревателю библиотек.

Для создания модели в среде SIMULINK необходимо последовательно выполнить ряд действий:

1. Создать новый файл модели с помощью команды File/New/Model, или используя кнопку на панели.

2. Расположить блоки в окне модели. Для этого необходимо открыть соответ-ствующий раздел библиотеки (например, Sources - Источники). Далее, указав кур-сором на требуемый блок, “перетащить” блок в созданное окно. ш\ис 6.2. показано окно модели, содержащее блоки.

3. Далее, если это требуется, нужно изменить параметры блока, установлен-ные программой “по умолчанию”. Для этого необходимо дважды щелкнуть левой клавией “мыши”, указав курсором на изображение блока. Откроется окно редактирования параметров данного блока.




Рис 6.2. Окно модели, содержащее блоки.
4. После установки на схеме всех блоков из требуемых библиотек нужно вы-онить соединение элементов схемы. Для соединения блоков необходимо указать курсором на “выход” блока, а затем нажать и, не отпуская левую клавишу “мыши”, провести линию к входу другого блока. После чего отпустить клавишу.

В качестве примера приведем вычисление в среде SIMULINK выражения

y = k*a + b. На рис.6.3. показана схема соединений между четырьмя типами блоков- задания констант (k, b), умножения на константу (a), сложения (Add)- и дисплеем (показ результата вычислений y = k*a + b).

5. После составления расчетной схемы необходимо сохранить ее в виде файла на диске, выбрав пункт меню File/Save As... в окне схемы и указав папку и




Рис 6.3. Схема модели вычисления выражения y = k*a + b.
имя файла. Любой блок модели можно переместить, выделив его и передвинув, держа нажатой левую клавишу мыши. Перед выполнением расчетов необходимо предварительно задать параметры расчета. Задание параметров расчета выполняется в панели управления меню Simulation/Parameters. Вид панели управления приведен на рис.6.4.
Рис 6.4. Панель управления.
Установка параметров расчета модели выполняется с помощью элементов управления, размещенных на вкладке Solver. Эти элементы разделены на три группы:

- Simulation time (Интервал моделирования или, иными словами, время расчета),

- Solver options (Параметры расчета),

- Output options (Параметры вывода).

Время расчета Simulation time (Интервал моделирования или время расчета)

задается указанием начального (Start time) и конечного (Stop time) его значения. Начальное время, как правило, задается равным нулю. Величина конечного времени задается пользователем исходя из условий решаемой задачи.

При выборе параметров расчета необходимо указать способ моделирования (Type) и метод расчета нового состояния системы. Для параметра Type доступны два варианта - c фик-сированным (Fixed-step) или с переменным (Variable-step) шагом. Как правило, Variable-step используется для моделирования непрерывных систем, a Fixed-step - для дискретных.

Subsystem – это подсистема это фрагмент Simulink-модели, оформленный в виде отдельного блока. Использование подсистем при составлении модели имеет следующие положительные стороны:

- уменьшает количество одновременно отображаемых блоков на экране, что облегчает восприятие модели (в идеале модель полностью должна отображаться на экране монитора);

- позволяет создавать и отлаживать фрагменты модели по отдельности, что повышает технологичность создания модели;

- позволяет создавать собственные библиотеки;

- дает возможность синхронизации параллельно работающих подсистем;

Количество подсистем в модели не ограничено, кроме того подсистемы могут включать в себя другие подсистемы. Уровень вложенности подсистем друг в друга также не ограничен. Связь подсистемы с моделью (или подсистемой верхнего уров-ня иерархии) выполняется с помощью входных (блок Inport библиотеки Sources) и выходных (блок Outport библиотеки Sinks) портов.

Более подробная информация по библиотеке Simulink приведена в Приложении П6.

ГЛАВА 7. МОДЕЛИРОВАНИЕ ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИХ УСТРОЙСТВ И СИСТЕМ В SimPowerSystems
7.1. Библиотека блоков SimPowerSystems
Библиотека блоков SimPowerSystems является одной из библиотек Simulink, ориентированных на моделирование конкретных устройств. SimPowerSystems содержит набор блоков для моделирования электротехнических устройств. В сос-тав библиотеки входят модели пассивных и активных электротехнических элемен-тов, источников энергии, электродвигателей, трансформаторов, линий электропе-редачи и силовой электроники. Используя специальные возможности Simulink и SimPowerSystems, можно не только имитировать работу устройств во временной области, но и выполнять различные виды анализа таких устройств.

Состав библиотеки и основные особенности.

Библиотека SimPowerSystems имеет семь основных разделов:

- Electrical Sources - источники электрической энергии;

- Connectors – соединители;

- Measurements - измерительные и контрольные устройства;

- Elements - электротехнические элементы;

- Power Electronics - устройства силовой электроники;

- Machines - электрические машины.

Используя блоки из этих разделов, можно за короткое время создать полно-ценную модель достаточно сложной электротехнической системы.

Методика создания модели в SimPowerSystems (SPS-модели) не отличается от методики создания модели на основе базовой библиотеки Simulink. Так же как и для обычной Simulink-модели (S-модели), необходимо выполнить расстановку блоков на схеме, задать их параметры, соединить блоки и установить параметры расчета модели в целом. Однако SPS-модели имеют и некоторые особенности.

Входы и выходы SPS-блоков, в отличие от блоков Simulink, не показывают направление передачи сигнала, поскольку фактически являются эквивалентами электрических контактов. Таким образом, электрический ток может через вход или выход блока протекать в двух направлениях: как вовнутрь блока, так и наружу.

Соединительные линии между блоками являются, по сути, электрическими проводами, по которым ток может протекать также в двух направлениях.

Simulink-блоки и SimPowerSystems-блоки не могут быть непосредственно сое-динены друг с другом. Сигнал от S-блока можно передать к SPS-блоку через управ-ляемые источники тока или напряжения, а наоборот - с помощью измерителей тока или напряжения.

7.2. Содержание библиотеки SimPowerSystems
Connectors – соединители. Пиктограммы группы блоков "Connectors – соединители" приведены на рис.7.1.
Рис.7.1. Пиктограммы группы блоков "Connectors – соединители".


Блок "Ground – Заземление" обеспечивает соединение с землей.

Для удобства работы в библиотеке представлены два варианта блока со входным портом - Ground (input) и с выходным - Ground (output).

Neutral – Нейтраль обеспечивает электрическое соединение между блоками с одинаковыми номерами узлов. Блок позволяет соединить между собой далеко отс-тоящие на схеме электрические узлы без видимых линий связи (проводов). Блок с номером узла равным нулю обеспечивает соединение с землей. Для удобства рабо-ты в библиотеке представлены два варианта блока со входным портом – Neutral  (input) и с выходным - Neutral (output).

L connector - L-образный соединитель выполняет соединение двух входящих линий (проводов).

T connector - T-образный соединитель выполняет объединение двух входящих линий в одну.

Bus Bar – Шина обеспечивает объединение нескольких входящих и выходя-щих линий связи. В библиотеке представлено четыре варианта блока - с горизон-тальным и вертикальным расположением, а также с тонким и утолщенным изобра-жением.

Для управления цепями переменного тока в библиотеке имеются блоки, имитирующие выключатели.

Breaker - Выключатель переменного тока. Предназначен для моделирования

устройства включения и выключения переменного тока. Выключатель может управляться внешним входным сигналом или от встроенного таймера. Включение устройства выполняется единичным управляющим сигналом.
Рис.7.2. Выключатели переменного тока.
Команда на выключение дается нулевым уровнем сигнала, при этом выключе-ние устройства осуществляется при уменьшении тока до нуля. Устройство имеет встроенную искрогасящую RC-цепь, включенную параллельно контактам выключателя, рис.7.2.

3-Phase Breaker - Трехфазный выключатель переменного тока. Моделирует трехфазное устройство включения и выключения переменного тока. Состоит из трех блоков Breaker, управляемых одним сигналом.

Measurements - измерительные и контрольные устройства.

Пиктограммы блоков "Measurements - измерительные и контрольные устройства" приведены на рис.7.3.

Рис.7.3. Пиктограммы блоков "Measurements - измерительные и контрольные устройства".
Current Measurement - Измеритель тока. Выполняет измерение мгновенного значения тока, протекающего через соеди-нительную линию (провод).

Параметры блока:

Output signal: [Выходной сигнал]. Можно использовать различные выходные сигналы, которые выбираются из списка:

- Magnitude - Амплитуда (скалярный сигнал);

- Complex - Комлексный сигнал;

- Real-Imag - Вектор, состоящий из двух элементов - действительная и мнимая составляющие сигнала;

- Magnitude-Angle - Вектор, состоящий из двух элементов - амплитуда и аргумент сигнала;

Voltage Measurement - Измеритель напряжения. Выполняет измерение мгно-венного значения напряжения между двумя узлами схемы. Выходным сигналом блока является обычный сигнал Simulink, который может использоваться любым Simulink-блоком.

Multimeter – Мультиметр выполняет измерение токов и напряжений блоков библиотеки SimPowerSystem для постоянного и переменного напряжения, однофазных и многофазных сетей.

Impedance Measurement - Измеритель полного сопротивления. Выполняет измерение зависимости полного сопротивления (импеданса) участка электрической цепи от частоты.

Electrical Sources - источники электрической энергии. Пиктограммы источников электрической энергии приведены на рис.7.4.

DC Voltage Source – идеальный источник постоянного напряжения. Пред-назначен для выработки постоянного по уровню напряжения. Блок является идеа-льным источником напряжения, т.е. его собственное сопротивление равно нулю. На рис. 7.5 показан пример включения активно-индуктивной нагрузки на постоянное напряжение. Подключение источника к нагрузке обеспечивается блоком Breaker, который замыкает электрическую цепь по сигналу, вырабатываемому генератором ступенчатого сигнала Step. Измерение тока в цепи выполняется с помощью блока Current Measurement. Полученный измерителем сигнал отображается с помощью блока Scope.

AC Voltage Source- идеальный источник переменного напряжения. Вырабаты-вает синусоидальное напряжение с постоянной амплитудой. Блок является идеаль-ным источником напряжения, т.е. его собственное сопротивление равно нулю.

AC Current Source - Идеальный источник переменного тока. Предазначен для вырабатывания синусоидального тока с постоянной амплитудой. Блок является идеальным источником тока, т.е. его собственное сопротивление равно бесконеч-ности.

Controlled Voltage Source -Управляемый источник напря-жения. Вырабатывает напряжение в соответствии с сигналом управления. Варьируется частота, фаза и форма напряжения.
Рис.7.4. Блоки раздела Electrical Sources - источники электрической энергии.


Рис. 7.5. Включение активно-индуктивной нагрузки на постоянное напряжение.


Рис.7.6. Схема с использованием трехфазного источника напряжения, подключаемого к несиммет-ричной трехфазной нагрузке.
Controlled Current Source - Управляемый источник тока. Вырабатывает ток в соответствии с сигналом управления. Варьируется частота, фаза и форма напряжения.

3-Phase Source - Трехфазный источник напряжения. Вырабатывает трехфаз-ную систему напряжений. Возможны различные соединения фаз:

Y - звезда, Yn - звезда с нулевым проводом,

Yg - звезда с заземленной нейтралью.

Можно менять собственное полное сопротив-ление источника используя активную и индуктивную составляющие. На рис. 7.6. показана схема с использова-нием трехфазного источника напряжения, подключа-емого к несимметричной трехфазной нагрузке. Токи в нагрузке измерены с помощью блока Multimeter.

Elements - электротехнические элементы. Пиктограммы блоков "Elements электротехнические элементы" приведены на рис.7.7.

Series RLC Branch - Последовательная RLC-цепь. Моделирует последователь-ное включение резистора, индуктивности и конденсатора. Параметры блока:

- Resistance R (Ohms): [Сопротивление (Ом)]. Величина активного сопротивле-ния. Для исключения резистора из цепи значение сопротивления нужно задать равным нулю;

- Inductance L (H): [Индуктивность (Гн)]. Величина индуктивности. Для исклю-чения индуктивности из цепи ее величину нужно задать равным нулю;

- Capacitance C (F): [Емкость (Ф)]. Величина емкости. Для исключения конден-сатора из цепи значение емкости нужно задать равной inf (бесконечность);

Если параметр блока задается равным нулю, то в этом случае он на пиктограм-ме блока показан не будет. На рис. 7.8. показана схема с использованием последо-вательного колебательного контура.

Блок Parallel RLC Branch - Параллельная RLC-цепь. Моделирует параллельное включение резистора, индуктивности и конденсатора. Задание параметров- анало-гично последовательной RLC-цепи.

Series RLC Load -Последовательная RLC-нагрузка. Моделирует последовате-льное включение резистора, индуктивности и конденсатора. Параметры цепи зада-ются через мощности цепи при номинальном напряжении и частоте.

Аналогично блок Parallel RLC Load подключает параллельную нагрузку.

3-Phase Series RLC Branch - Трехфазная последовательная RLC-цепь.

Моделирует трехфазную цепь, состоящую из трех RLC-цепей.

Параметры блока:

- Resistance R (Ohms): [Сопротивление (Ом)]. Величина активного сопротив-ления в одной фазе;

- Inductance L (H): [Индуктивность (Гн)]. Величина индуктивности в одной фазе;

- Capacitance C (F): [Емкость (Ф)]. Величина емкости в одной фазе.

На рис. 7.8. показана схема, в которой трехфазная последовательная RLC-цепь подключается к трехфазному источнику напряжения. Подключение осуществляется с помощью блока 3-Phase Breaker. На рисунке показана также схема блока 3-Phase Series RLC Branch.

3-Phase Parallel RLC Branch - Трехфазная параллельная RLC-цепь. Моделирует трехфазную цепь, состоящую из трех параллельных RLC-цепей.
3-Phase Series RLC Load - Трехфазная последовательная RLC-нагрузка. Моделирует трехфазную цепь, состоящую из трех последовательных RLC-нагрузок. Схема соединения цепей - звезда с заземленной нейтралью. Параметры цепи задаются через мощности фаз цепи при номинальном напряжении и частоте.

Рис.7.7. Пиктограммы блоков "Elements - электротехнические элементы" .
Three-Phase capacitive reactive power QC (negative var): [Реактивная мощность емкости на три фазы (ВАр)]. Отдаваемая конденсатором реактивная мощность. В графе вводится абсолютное значение мощности (без учета знака).

На рис. 7.9. показана схема с использованием трехфазной последовательной нагрузочной цепи. На рисунке показана также схема блока 3-Phase Series RLC Load.

3-Phase Parallel RLC Load - Трехфазная параллельная RLC-нагрузка.

Моделирует трехфазную цепь, состоящую из трех параллельных RLC-нагрузок. Схема соединения цепей - звезда с заземленной нейтралью. Параметры цепи задаются через мощности фаз цепи при номинальном напряжении и частоте.

Surge Arrester - Грозозащитный разрядник. Грозозащитный разрядник (варис-тор) представляет собой резистор с нелинейной вольт-амперной характеристикой и предназначен для защиты сети от грозовых перенапряжений.

Mutual Inductance - Взаимная индуктивность. Блок взаимной индуктивности предназначен для моделирования катушек или проводников, имеющих магнитную связь. Блок позволяет моделировать три или два магнитно-связанных элемента.

3-Phase Mutual Inductance Z1-Z0 - Трехфазная взаимная индуктивность.Блок трехфазной взаимной индуктивности предназначен для моделирования трехфазной цепи с индуктивной связью между фазами. В качестве основы модели трехфазной взаимной индуктивности используется блок Mutual Inductance с тремя обмотками. Параметры блока взаимной индуктивности пересчитываются исходя из задаваемых для трехфазной взаимной индуктивности параметров прямой и обратной последовательности.
Рис. 7.8. Схема с использованием последова-тельного колебательного контура.



Рис. 7.9. Схема трехфазной последовательной RLC-цепи, подключенной к трехфазному источнику напряжения.

3-Phase Fault - Трехфазный короткозамыкатель. Моделирует трехфазное устройство, замыкающее фазы между собой, а также на землю.

Схема устройства показана на рис. 7.10. Величина сопротивления заземления Rg устанавливается равной 106 Ом, если замыкание на землю не задано в окне параметров блока. Управление ключами осуществляется подачей сответствующего сигнала (по условию или по времени) отдельно по каждой фазе.





Рис. 7.10. Схема трехфазного

короткозамыкателя.
Управление устройством осуществляется с помощью блока Step. Измерение фазных токов выполняется блоком Multimeter. На рис. 7.11. приведена схема с использованием трехфазного короткозамыкателя.


Рис. 7.11. Схема с использованием трехфазного короткозамыкателя.

PI Section Line - Линия электропередачи с сосредоточенными параметрами. Моделирует однофазную линию электропередачи с сосредоточенными параметра-ми. В реальной линии электропередачи сопротивления, индуктивность и емкость равномерно распределены вдоль линии. Приближенная модель линии (рис. 7.12.) может содержать от одной до нескольких идентичных секций с сосредоточенными параметрами.
Рис. 7.12. Линия электропередачи с сосредоточенными параметрами.



На рис. 7.13. показана схема, моделирую-щая процессы подключения к источнику и отключения от него линии электропередачи длиной 200 км. Модель линии имеет две секции.
Рис.7.13. Схема линии электропередачи длиной 200 км с сосредоточенными параметрами.

3-Phase PI Section Line - Трехфазная линия электропередачи с сосредото-ченными параметрами. Моделирует трехфазную линию электропередачи с сосредо-точенными параметрами с учетом взаимной индуктивности фаз линии. Модель состоит из одной секции. Для создания модели из нескольких секций необходимо последовательно включить нужное количество блоков.

Distributed Parameters Line - Линия электропередачи с распределенными параметрами. Моделирует многофазную линию электропередачи с распределен-ными параметрами.

Three-phase Transformer (Three Windings) - Трехфазный трехобмоточный трансформатор. Моделирует трехобмоточный трехфазный трансформатор. Модель построена на основе трех однофазных трансформаторов. Учитывается нелинейность характеристики намагничивания материала сердечника.

Three-phase Linear Transformer (12-terminals) - Трехфазный линейный транс-форматор (12-выводов). Моделирует трехфазный линейный трансформатор. Модель построена на основе трех однофазных линейных трансформаторов. Блок имеет отдельные зажимы для всех выводов обмоток трансформатора.

Linear Transformer - Линейный трансформатор. Моделирует трех- или двух- обмо-точный однофазный трансформатор. На рис. 7.14 показана схема, в которой двух-обмоточный линейный трансформатор используется для питания активной нагрузки.

Saturable Transformer - Нелинейный трансформатор. Моделирует трех или двухобмоточный однофазный трансфор-матор. В модели учитывается нелиней-ность характеристики намагничивания материала сердечника.

DC Machine - Машина постоянного тока. Моделирует электрическую машину постоянного тока. Порты модели A+ и A- являются выводами обмотки якоря маши-ны, а порты F+ и F- представляют собой выводы обмотки возбуждения. Порт TL
Рис.7.14. Модель включения

двухобмоточного трансформатора.

предназначен для подачи момента сопротивления движению. На выходном порту m формируется векторный сигнал, состоящий из четырех элементов: скорости, тока якоря, тока возбуждения и электромагнитного момента машины.


Рис.7.15. Пиктограммы

блоков "Machines - электрические

машины".


Схема модели машины постоянного тока предс-тавлена на рис. 7.16. Цепь якоря машины представлена последовательно включенными элементами:

Ra - активное сопротивление якорной цепи,

La - индуктивность якорной цепи и E_FCEM - ЭДС обмотки якоря (управляе-мый источник напряжения).

Параметры блока:

- Armature resistance and inductance [Ra (ohms) La (H) ]: [Активное сопротив-ление Ra (Ом) и индуктивность La (Гн) цепи якоря];

- Field resistance and inductance [Rf (ohms) Lf (H) ]: [Активное сопротивление Rf (Ом) и индуктивность Lf (Гн) цепи возбуждения];

- Field-armature mutual inductance Laf (H) : [Взаимная индуктивность между цепью якоря и цепью возбуждения двигателя (Гн)];

- Total inertia J (kg.m^2): [Момент инерции двигателя J (кг*м^2)];

- Viscous friction coefficient Bm (N.m.s): [Коэффициент вязкого трения Bm (Н*м*с)];

- Coulomb friction torque Tf (N.m): [Реактивный момент сопротивления Tf (Н*м)];

- Initial speed (rad/s) : [Начальная угловая скорость вала двигателя (рад/с)].
Рис. 7.16.Схема модели машины постоянного тока.


Asynchronous Machine - Асинхронная машина. Моделирует асинхронную электрическую машину в двигательном или генераторном режимах. Режим работы определяя-ется знаком лектромагнитного момента машины. Порты модели A, B и С являются выводами статорной обмотки машины, а порты а, b и с - обмотки ротора машины. Порт Tm предназначен для подачи момента сопротивления движению. На выходном поту m формируется векторный сигнал, состоящий из токов, потоков инапряжений ротора и статора в неподвижной и вращающейся системах координат, электромагнитного момента, скорости вращения вала, а также его углового положения.

Параметры блока:

- Rotor type: [Тип ротора]. Значение параметра выбирается из списка:

·  Squirrel-Cage -короткозамкнутый ротор или <беличья клетка>,

·  Wound - фазный ротор;

- Nom. power, L-L volt. and frequency[Pn(VA), Un(V), fn(Hz)]: [Номинальная мощность Pn (ВА),действующее линейное напряжение Un (В) и номинальнаячастота fn (Гц)];

- Stator [Rs(Ohm) Lls(H)]: [Сопротивление Rs (Ом)и индуктивность Ls (Гн) статора];

- Rotor [Rr(Ohm) Llr'(H)]: [Сопротивление Rs (Ом) ииндуктивность Ls (Гн) ротора];

- Mutual inductance Lm(H): [Взаимная индуктивность (Гн)];

- Inertia, friction factor and pairs ofpoles [J(kg*m^2) F(N*m*s) p]: [Момент инерции J (кг*м^2),коэффициент трения F (Н*м*с) и число пар полюсов p];

- Initial conditions [ s th(deg)isa,isb,isc(A) phA,phB,phC(deg)]: [Начальные условия].Параметр задается в виде вектора каждый элемент которого имеет следующие значения:

·  s - скольжение,

·  th - фаза (град.),

·  isa, isb, isc - начальные значения токов статора (А),

·  phA, phB, phC - начальные фазы токов статора (град.)].

На рис. 7.17. показана схема, обеспечивающая прямой пуск двигателя и последующий наброс нагрузки. На рисунке приведены также графики угловой скорости вала и электромагнитного момента, а также динамическая механическая характеристика.
Рис. 7.17. Cхема прямого пуска асинхроного двигателя и последующий наброс нагрузки.


Machines Measurement Demux - Блок измерения переменных электрической машины. Блок предназначен для извле-чения переменных состояния из вектора измеряемых переменных электрической машины. Блок работает совместно с моделями синхронных и асинхронных машин. В зависимости от выбранного типа машины в окне параметров будет отображаться разный набор выходных переменных машины. Ниже приведены доступные для измерения переменные машин различных типов.

1   2   3   4   5   6   7   8   9   10


Учебный материал
© bib.convdocs.org
При копировании укажите ссылку.
обратиться к администрации