Файл: Моделирование электромеханических систем.pdf

Задание 2

Вычислить в командном окне MATLAB значения следующих выражений:

√

17

Контрольные вопросы:

1.Что такое моделирование?

2.Перечислите основные этапы моделирования.

3.Что такое математическое и компьютерное моделирование?

4.Классификация математических моделей (основные виды).

5.Что такое прямая и обратная задачи математического моделирования?

6.Перечислите основные задачи компьютерного моделирования.

7.Краткое описание программы Matlab.

8.Перечислите основные функции Matlab.

9.Перечислите основные инструменты Matlab.

18

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №2

ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗНАКОМСТВО С ПРИЛОЖЕНИЯМИ SIMULINK И

SIMPOWERSYSTEM.

Цель работы:

Знакомство с приложениями Simulink и SimPowerSystem и его взаимодействием с Simulink. Изучение базовых моделей электротехнических устройств и способов управления ими.

Simulink

Пакет Simulink представляет собой библиотеку блоков и инструментов для моделирования и анализа динамических систем. Simulink широко используется в теории управления и цифровой обработке сигналов для моделирования и разработки различных систем. 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.

При работе с Simulink пользователь имеет возможность модернизировать библиотечные блоки, создавать свои собственные, а также составлять новые библиотеки блоков. При моделировании пользователь может выбирать метод решения дифференциальных уравнений, а также способ изменения модельного времени (с фиксированным или переменным шагом). В ходе моделирования имеется возможность следить за процессами, происходящими в системе. Для этого используются специальные устройства наблюдения, входящие в состав библиотеки Simulink. Результаты моделирования могут быть представлены в виде графиков или таблиц.

С помощью Simulink возможно быстрое создание, моделирование и управление детализированной блок-диаграммой системы, использующей предопределенные блоки.

Список разделов библиотеки Simulink представлен в виде дерева, и правила работы с ним являются общими для списков такого вида. При выборе соответствующего раздела библиотеки в правой части окна отображается его содержимое.

Simulink позволяет организовывать созданные модели таким образом, чтобы обеспечить наилучшую читабельность и понимание процессов, происходящих в системе, путем создания подсистем. Подсистема

19

объединяет группы блоков и сигналов в один блок. Также возможно разделение модели на отдельные компоненты и моделирование каждого компонента отдельно от остальных. Компоненты могут быть сохранены в качестве отдельных моделей или подсистем библиотеки. Далее их можно использовать для построения новых сложных систем.

Отладчик Simulink является инструментом для поиска и диагностирования ошибок в моделях Simulink. Он дает возможность точно определить проблемы, выполняя моделирование постепенно с отображением значений входных и выходных сигналов любого из интересующих блоков модели. Simulink-отладчик имеет и графический, и интерфейс пользователя командной строки. Графический интерфейс позволяет наиболее удобно использовать основные возможности отладчика. Интерфейс командной строки дает способ обращаться ко всем возможностям отладчика.

Рис. 4 Библиотека Simulink

20

После построения модели в Simulink возможно моделирование динамики системы и отображение результатов в реальном масштабе времени. В Simulink реализовано несколько инструментов, позволяющих увеличить скорость и точность моделирования.

Пользователь может определять опции моделирования, включающие тип и свойства решателя, время начала и окончания моделирования, а также место загрузки и сохранения данных.

После установки опций моделирования к заданной модели можно запускать моделирование либо путем использования графического интерфейса GUI , либо из командной строки MatLab.

SimPowerSystem

Пакет SimPowerSystems содержит набор блоков для построения виртуальных моделей электротехнических устройств и устройств силовой электроники. Используя библиотеки Simulink и SimPowerSystems, а также применяя функции и команды MATLAB, пользователь может не только имитировать работу устройств во временной области, но и изучать их частотные свойства, оценивать динамические параметры и осуществлять гармонический анализ токов и напряжений.

Несомненным достоинством SimPowerSystems является то, что при моделировании сложных систем силовой электроники можно использовать функциональные (отражающие функции S-блоков), виртуальные (из элементов или SPS-блоков) и структурные модели. Так, силовой блок полупроводникового преобразователя электрической энергии строится на основе виртуальных блоков SimPowerSystems, а система управления — с помощью функциональных блоков Simulink, отражающих лишь алгоритм ее работы без электрической схемы. Такой подход значительно упрощает саму модель и, как следствие, повышает скорость ее работы. Важно заметить, что библиотека SimPowerSystems имеет относительно большое количество блоков, а также дает возможность создавать новые подсистемы из блоков, имеющихся в библиотеке, и привлекать функции MATLAB. Все это значительно расширяет возможности SimPowerSystems при использовании его совместно с Simulink. Построение SPS-моделей мало отличается от построения S-моделей. Для их создания необходимо открыть окно модели и окно библиотеки и путем перетаскивания составить модель из блоков с выполнением соединений между ними. В то же время, в создании SPSмоделей имеется своя специфика.

21

1.Входы и выходы SPS-блоков критичны к направлению тока, а соединительные линии между блоками являются аналогами электрических проводов, по которым ток протекает в определенном направлении (по стрелкам).

2.При подключении к соединительным линиям можно использовать правую кнопку мыши (ПКМ), но при условии учета направления протекания тока. Если соединение из-за указанных направлений невозможно (стрелки направлены навстречу), то для выполнения соединения необходимо применять специальные блоки — соединители, находящиеся в разделе Connectors библиотеки SPS.

3.Непосредственное соединение друг с другом блоков из библиотеки Simulink и блоков из библиотеки SimPowerSystems недопустимо. Передавать сигнал от S-блока к SPS-блоку можно через управляемые источники тока или напряжения, а в обратную сторону — через измерители тока или напряжения.

4.В виртуальных моделях обязательно задаются начальные условия либо с помощью специального блока Powergui, либо с помощью функции powerinit.

5.При анализе виртуальных моделей совместно с функциональными моделями целесообразно использовать следующие решатели дифференциальных уравнений:

•ode15s — неявный многошаговый разностный метод переменного порядка (от 1 до 5) для жестких систем;

•ode23s — модифицированный метод Розенброка с постоянным шагом и фиксированным порядком точности, предназначенный для интегрирования умеренно жестких систем при низких требованиях к точности, но имеющий обычно большую скорость, чем ode15s;

•ode23t — метод трапеций с разностными уравнениями для умеренно жестких систем, обладающий повышенной скоростью интегрирования;

•ode23tb — модифицированный метод трапеций в начале решения и метод, использующий обратное дифференцирование на последующих этапах; имеет более низкую точность при меньшей скорости интегрирования,

чем ode23t.

Выбор решателя осуществляется по результатам сравнения эффективности работы указанных выше решателей в процессе моделирования после запуска конкретной модели с учетом

22