Подякувати Студентському архіву довільною сумою
Admin
26.02.2023 12:38
Дякуємо, що користуєтесь нашим архівом!
Дослідження характеристик лінійних САК за їх передатними функціями
Інформація про навчальний заклад
ВУЗ:
Інші
Інститут:
Не вказано
Факультет:
Не вказано
Кафедра:
Не вказано
Інформація про роботу
Рік:
2024
Тип роботи:
Лабораторна робота
Предмет:
Інші
Варіант:
1
Частина тексту файла (без зображень, графіків і формул):
ЛАБОРАТОРНА РОБОТА № 1
Дослідження характеристик лінійних САК за їх передатними функціями
Мета роботи: навчитись будувати за передатними функціями графіки частотних і перехідних характеристик лінійних систем автоматичного керування (САК), знаходити корені характеристичного рівняння передатної функції САК.
Програма роботи:
Згідно варіанту завдання побудувати за передатною функцією W(s):
логарифмічні амплітудно-частотні (ЛАЧХ) і фазно-частотні (ФЧХ) характеристики САК;
амплітудно-фазно-частотні (АФЧХ) характеристики САК (діаграму Найквіста).
Знайти нулі та корені передатної функції W(s) заданої САК і показати їх на комплексній площині.
Побудувати за передатною функцією перехідну характеристику САК.
ПРИМІТКА:
П. 1 і 3 виконати для заданого варіантом чисельника B(s) і для чисельника, що дорівнює 1 (B(s) = 1). Зробити висновки про вплив чисельника передатної функції на форму частотної та перехідної характеристик.
Зробити висновки про досліджувану САК і вплив на її поведінку чисельника передатної функції.
Оформити звіт з роботи у вигляді документа MathCAD.
У звіті про виконану роботу подати:
тему, мету та програму роботи;
вихідні дані за варіантом завдання;
текст документа MathCAD з поясненнями виконуваних дій та підписами до графіків;
отримані результати;
висновки про вплив на поведінку САК чисельника передатної функції системи;
висновки про зручність розв'язування задач такого типу в середовищі MathCAD.
Методичні вказівки
До п. 1.
Для виведення ЛАЧХ/ФЧХ у пакеті MathCAD задати дві передатні функції САК – з чисельником, що дорівнює одиниці, та чисельником B(s): EMBED Equation.3 і EMBED Equation.3 . Для зручності розв'язування задачі поліноми чисельника B(s) і знаменника A(s) передатної функції потрібно описувати окремо. Також потрібно задати зміну вхідної частоти (як діапазонну змінну, наприклад: : = 0, 0.1 .. 100 ) та створити "заготовки" графіків. Для завдання логарифмічного масштабу осей координат (крім фазної) необхідно скористатись діалоговим вікном для форматування графіка, у якому увімкнути режим Log Scale для потрібної координати.
Нижче показано приклад побудови ЛАЧХ і ФЧХ САК другого порядку за її передатною функцією.
Досить часто трапляється, що передатна функція САК є високого порядку (четвертого і вище). У цьому разі безпосереднє використання функції визначення кута комплексної змінної arg призводить до появи розривів у частотній характеристиці, тому що функція арктангенса, яка використовується функцією arg, визначена лише в діапазоні від – до , що показано в наступному прикладі побудови ЛАЧХ і ФЧХ САК шостого порядку з передатною функцією EMBED Equation.3 .
Зрозуміло, що отриманий графік ФЧХ з таким "стрибком" є некоректним, бо не відображає справжньої залежності. Виходом з цього положення є знаходження ФЧХ для кожного нуля і кожного полюса передатної функції САК окремо, бо вони гарантовано містяться в діапазоні від – до , а потім обчислення їх суми, тобто, знаходити фазу за формулою
EMBED Equation.3 ,
де M – число нулів передавальної функції;
N – число полюсів передавальної функції;
Zi – i-тий нуль передавальної функції;
Pj – j-тий полюс передавальної функції;
j – комплексна частота.
Приклад знаходження ФЧХ за цим методом подано нижче.
Приклад: Побудувати ЛАЧХ і ФЧХ САК шостого порядку з передатною функцією EMBED Equation.3 .
Для побудови амплітудно-фазно-частотної характеристики розімкненої системи (діаграми Найквіста) застосувати функції виділення дійсної частини комплексного числа Re та уявної частини – Im.
До п. 2.
Визначити всі корені характеристичного рівняння у пакеті MathCAD можна найпростіше за допомогою засобів аналітичної математики (поставити курсор на змінну і вибрати пункт меню “Solve for Variable”) або за допомогою вбудованої функції polyroots(<вектор-стовбець коефіцієнтів>).
Наприклад,
Дещо універсальніший спосіб знаходження коренів чисельника та знаменника передатної функції (відповідно, її нулів та полюсів) показаний далі як фрагмент документа MathCAD.
Для виведення графіка розміщення коренів характеристичного рівняння на комплексній площині за віссю X слід подати дійсну частину кореня, за віссю Y – уявну (рис. 1.1). Масштаб осей координат – лінійний.
Рис. 1.1. Приклад подання розміщення коренів характеристичного рівняння на комплексній площині
До п. 3.
Для побудови перехідної характеристики EMBED Equation.3 у пакеті MathCAD потрібно застосувати обернене перетворенням Лапласа (символьна математика), а результат виводити з трьома-чотирма десятковими цифрами, наприклад, EMBED Word.Picture.8 , і присвоїти відповідній перехідній функції. Часовий проміжок вибрати достатнім для відображення всієї перехідної характеристики до її практично повного загасання.
Завдання
Задано об’єкт з передатною функцією EMBED Equation.3 :
ЛАБОРАТОРНА РОБОТА № 2
Розрахунок перехідних процесів безреостатного пуску двигуна постійного струму незалежного збудження
Мета роботи: навчитись будувати перехідні характеристики об'єктів за їх передавальними функціями з використанням символьного оберненого перетворення Лапласа і оформляти звіти в середовищі пакету MathCAD.
Програма роботи:
За допомогою засобів аналітичної математики пакету для заданої структурної моделі двигуна постійного струму незалежного збудження (рис. 2.1) знайти його перехідні характеристики за струмом і за швидкістю.
Розрахувати перехідні процеси для прямого (безреостатного) пуску двигуна постійного струму згідно варіанту завдання (див. методичні вказівки) та побудувати їх графіки ia = ia(t), ωa = ωa(t) для Ua = const для допущень: струм збудження незмінний і ввімкнений заздалегідь, MC = 0 (відсутнє навантаження), тертям нехтується, реакція якоря відсутня. Розрахунки виконати двома способами:
з використанням аналітично отриманих залежностей для перехідних характеристик за струмом і швидкістю;
з використанням вбудованих функцій MathCAD для розв'язування диференціальних рівнянь.
Зробити кількісні висновки про величину пускового струму двигуна відносно номінального під час прямого пуску і допустимість такого режиму.
Оформити звіт з роботи у вигляді документу MathCAD, який дасть змогу отримувати пускові характеристики двигуна за будь-яких змін вхідних параметрів. У документі всі формули, вирази і графіки повинні мати підписи чи пояснення, у кінці звіту має бути висновок щодо можливостей пакету MathCAD у технічних розрахунках і оформленні технічної документації.
Вихідні дані до роботи: паспортні дані двигуна:
Rя – опір обмотки якоря двигуна; La – індуктивність якірного кола двигуна;
Iн – номінальний струм якоря; ωн – номінальна кутова швидкість двигуна;
Uн – номінальна напруга якоря; J – момент інерції двигуна;
RДП – опір обмотки додаткових полюсів двигуна.
У звіті про виконану роботу подати:
тему, мету та програму роботи;
вихідні дані за варіантом завдання;
текст документа MathCAD з розширеними поясненнями виконуваних дій та підписами до графіків;
отримані результати з коментарями;
висновки про величину пускового струму стосовно номінального струму якоря і допустимість прямого пуску двигуна;
висновки про зручність розв'язування задач такого типу в середовищі MathCAD.
Методичні вказівки
Передатна функція двигуна постійного струму визначається з його структурної моделі (рис. 2.1) шляхом аналітичних перетворень для замкненої структурної моделі:
передатна функція за струмом: EMBED Equation.3 ;
передатна функція за швидкістю: EMBED Equation.3 ,
де EMBED Equation.2 ; EMBED Equation.2 ; EMBED Equation.3 ; EMBED Equation.3 ; EMBED Equation.3 .
EMBED Word.Picture.8
Рис. 2.1. Структурна модель двигуна постійного струму
Прямий пуск двигуна (відповідає перехідній характеристиці для величини стрибка напруги на якорі Uн) буде описуватися в операторній формі виразами:
за струмом – EMBED Equation.3 ;
за швидкістю – EMBED Equation.3 .
За виразами в операторній формі за допомогою зворотного перетворення Лапласа з використанням засобів символьної математики знаходять з точністю 3-4 значущих цифр часові функції струму якоря та швидкості. Залежності струму якоря ia(t) і частоти обертання ω(t), розраховані за відповідними формулами, вивести на екран у вигляді графіків. Часовий проміжок [0; Tmax] вибрати достатнім для відображення всього процесу пуску.
Іншим способом часових знаходження залежностей струму якоря ia(t) і частоти обертання ω(t) є опис динаміки двигуна системою звичайних диференціальних рівнянь з наступним їх розв'язуванням числовим методом.
Для розв'язування звичайних диференціальних рівнянь у MathCAD передбачено декілька вбудованих функцій, зокрема:
rkfixed – функція призначена для розв’язування звичайних диференціальних рівнянь та системи з n диференціальних рівнянь за допомогою формули Рунґе-Кутта четвертого порядку з фіксованим кроком і є базовою в пакеті. Виклик функції:
rkfixed(y, Xmin, Xmax, Npoints, D) , де
y – вектор початкових умов у точці Xmin розміром n ;
Xmin, Xmax – початкова і кінцева точки інтервалу інтегрування;
Npoints – бажана кількість точок розв’язку на інтервалі інтегрування, визначає 1+Npoints рядків результуючої матриці, яку повертає функція rkfixed ; для стійкого розв’язку потрібно подбати, щоби значення кроку інтегрування не перевищувало значення найменшої сталої часу;
D – функція-вектор, що містить перші похідні шуканої функції, складається з n рядків;
rkfixed повертає результуючу матрицю (для прикладу назвемо її S), в якій:
перший стовпець S<0> містить значення аргументу в точках розв’яз ку;
наступні стовпці містять розв’язки за кожною змінною: наприклад, перший стовпець S<1> містить (1+Npoints)-елементний вектор роз в’яз ку першої змінної, S<2> – вектор роз в’яз ку другої змінної і т.д., відповідно, S<n> містить вектор роз в’яз ку n-ої змінної.
Rkadapt – функція для розв’язування нежорстких систем з розв’язком, який змінюється повільно (є досить універсальною, тому її можна використовувати у багатьох випадках), використовує алгоритм з автоматичним вибором кроку інтегрування на основі формули Рунґе-Кутта четвертого порядку, але результат подається у рівновіддалених точках (як у rkfixed); функція викликається аналогічно.
Bulstoer – реалізація методу Булірш-Штура (Bulirsch-Stoer) для розв’язування гладких функцій, для яких є дещо точнішою, ніж метод Рунґе-Кутта, що реалізований в rkfixed ; викликається так само, як і попередні функції.
Stiffb – функція для розв’язування системи жорстких диференціальних рівнянь, застосовує метод Булірш-Штура.
Stiffr – функція для розв’язування системи жорстких диференціальних рівнянь, застосовує метод Розенброка (Rosenbrock); обидві функції викликаються подібно:
Stiffb(y, Xmin, Xmax, Npoints, D, J)
Stiffr(y, Xmin, Xmax, Npoints, D, J) , де
J – функція, що повертає матрицю розміром n(n+1), в якій перший стовпець містить похідні, а наступні стовпці складають матрицю Якобі системи диференціальних рівнянь.
Використання функцій розв’язування системи диференціальних рівнянь пакету Math CAD показано на при к ладі: задано систему ди фе рен ці аль них рівнянь, що описує пуск двигуна постійного струму зі сталим потоком збуд жен ня.
EMBED Equation.3
Для розв’язування цієї системи використовується поданий нижче документ MathCAD.
У випадку версії не нижче MathCAD 11 (а краще MathCAD 13 і вище) можливий варіант документа зі зрозумілішою формою запису системи диференціальних рівнянь із застосуванням конструкції Given … Odesolve. Диференціальні рівняння повинні бути лінійні відносно найстаршої похідної. Функцію в кінці блоку записуємо так
Odesolve(V, x, Xmax[, N])
де V (записують тільки для систем) – вектор у якому перелічені імена функцій, стосовно яких розв’язується система рівнянь. Для назв функцій не допускається використовувати елементи масивів.
x – змінна за якою здійснюється інтегрування.
Xmax – кінцеве значення змінної інтегрування. Ця величина повинна бути більшою за початкове значення змінної інтегрування, яке задається у початкових умовах в межах блоку розв’язування рівнянь.
N (необов'язковий параметр) – ціле число кроків, яке використовують під час інтерполяції розв’язку з апроксимованих точок. За замовчуванням приймається 1000.
У результаті розрахунку повертаються функції, які є розв’язками заданої у блоці розв’язування системи звичайних диференціальних рівнянь, і відповідають встановленим початковим або межовим умовам, а також обмеженням. Кількість початкових та обмежуючих умов повинна відповідати порядкові системи.
Встановивши курсор на функції Odesolve і натискаючи праву кнопку миші, викликають допоміжне підменю, в якому можна вибрати алгоритм розв’язування:
EMBED Unknown
fixed – з фіксованим кроком (діє за замовчуванням);
adaptive – адаптивний (автоматичний вибір кроку);
stiff – для жорстких систем звичайних диференціальних рівнянь.
Під час запису диференціальних рівнянь необхідно пам'ятати таке.
Невідомі функції повинні бути записані явно через змінну інтегрування, тобто f(x), а не просто f.
Рівняння записують з використанням знаку "символьне дорівнює" = , який набирається комбінацією клавіш Ctrl + = (дорівнює) або натисканням кнопки EMBED PBrush .
Похідна у рівняннях позначається через символ похідної d/dx, який викликається з підменю або комбінацією клавіш Shift + / , або через символ ' , який викликається комбінацією Ctrl + F7.
Початкові та граничні умови записуються так само у блоці, подібно до рівнянь системи. Кінцеве значення змінної інтегрування, задане в граничній умові, має збігатись з кінцевим значенням в Odesolve.
Допускаються алгебричні обмеження виду f(b) + g(b) = h(b). У такому випадку функція h має бути перелічена у векторі v, який задається у функції Odesolve.
Не допускається застосовувати нерівності як обмежуючі умови.
Технічні дані двигунів постійного струму з незалежним збудженням серії 2П
Примітка: Опори обмоток збудження наведені для кожного типорозміру для номінальної напруги збудження 220 В.
ЛАБОРАТОРНА РОБОТА № 3
Побудова апроксимаційної залежності та розрахунок перехідних процесів у пакеті MathCAD
Мета роботи: навчитись знаходити коефіцієнти апроксимуючої залежності та перехідні процеси за допомогою вбудованих функцій пакету для нелінійних об'єктів.
Програма роботи:
За своїм варіантом знайти коефіцієнти апроксимації кривої намагнічування.
Для нульових початкових умов розрахувати перехідні процеси за подачі номінальної напруги на обмотку збудження генератора для випадків:
лінійна модель генератора;
модель генератора з врахуванням кривої намагнічування.
Зробити висновки щодо отриманих результатів.
Вихідні дані до роботи: паспортні дані генератора:
Rd – опір обмотки збудження; EGном – номінальна напруга якоря;
Wp – число витків на полюс; Udном – номінальна напруга збудження;
Wμ – коефіцієнт для знаходження індуктивності обмотки збудження генератора (ОЗГ).
Криві намагнічування
У звіті про виконану роботу подати:
тему, мету та програму роботи;
вихідні дані за варіантом завдання;
текст документа MathCAD з поясненнями виконуваних дій та підписами до графіків;
отримані результати;
висновки про вплив на поведінку моделі врахування нелінійностей характеристик;
висновки про зручність розв'язування задач такого типу в середовищі MathCAD.
Методичні вказівки
Генератор постійного струму (ГПС) розглянемо як ланку першого порядку, якщо знехтуємо індуктивністю якірного кола. Математична модель базується на рівнянні електричної рівноваги (закон Кірхгофа) кола збудження EMBED Equation.2 або в нормальній формі Коші EMBED Equation.2 , де Ud – напруга збудження; Id – струм збудження, та рівнянні вихідної напруги генератора (напруги на якорі) EMBED Equation.2.
Індуктивність ОЗГ Ld у випадку лінійної моделі розраховується за формулою EMBED Equation.2, для нелінійної моделі індуктивність ОЗГ розраховується на кожному кроці інтегрування за формулою EMBED Equation.2, де AW = WpId – ампер-витки обмотки збудження.
До п. 1.
Коефіцієнт підсилення генератора для лінійної моделі береться з номінальної точки: EMBED Equation.3 . Для нелінійної моделі використовується апроксимуюча залежність EG(Id) або EG(AW), яка апроксимується кривою арктангенса: EMBED Equation.2, де A, B – коефіцієнти апроксимації. Коефіцієнти апроксимації для першого наближення вибираються: A = EGном , тоді EMBED Equation.2 , звідки EMBED Equation.2. Для знаходження коефіцієнтів апроксимації застосовується блок розв'язку Given … Minerr.
До п. 2.
Побудова перехідного процесу для обох типів моделей відбувається за допомогою вбудованої функції пакету rkfixed. Перед її використанням слід задати функцію-вектор правих частин диференційних рівнянь, що описують вказані моделі. Як приклад, подано один з можливих варіантів документа MathCAD.
ЛАБОРАТОРНА РОБОТА № 4
Основи роботи в пакеті MATLAB. Застосування пакету Control System для розрахунку частотних характеристик і динаміки системи
Мета роботи: навчитися моделювати та досліджувати лінійні САК за їх передатними функціями в середовищі пакету MATLAB та отримати навики виконання матричних операцій, що часто зустрічаються під час вирішення інженерних задач. Познайомитися з можливостями пакету Control System Toolbox.
Програма роботи:
Виконати операції з матрицями:
створити довільну матрицю A розміром 33;
створити одиничну матрицю A1 розміром 33;
знайти матрицю B як суму матриць A і A1;
транспонувати матрицю B;
знайти добуток матриць A і транспонованої матриці B;
знайти визначник (детермінант) матриці A;
знайти обернену матрицю A.
Вивести графік функції EMBED Equation.3 в межах [0; 10] з кроком 0,1.
Дослідити за своїм варіантом завдання до лабораторної роботи № 1 поведінку системи за її передатною функцією:
логарифмічні частотні характеристики (діаграми Боде);
розміщення нулів та полюсів передатної функції на комплексній площині.
З використанням пакету Control System виконати дослідження САК за заданою своїм варіантом передатною функцією:
створити модель системи за чисельником і знаменником передатної функції;
побудувати логарифмічні частотні характеристики системи (діаграми Боде);
вивести на комплексну площину діаграму нулів та полюсів системи;
знайти перехідну характеристику САК.
Оформити звіт до лабораторної роботи.
У звіті про виконану роботу подати:
тему, мету та програму роботи;
вихідні дані за варіантом завдання;
виконувані дії та тексти програм (сценаріїв) MATLAB з їх поясненнями та підписами до графіків;
отримані результати;
висновки про вплив на поведінку САК чисельника передатної функції системи;
висновки про зручність розв'язування задач такого типу в середовищі MATLAB і засобів Control System Toolbox.
Методичні вказівки
До п. 1.
У даному пункті програми роботи виконується послідовність команд MATLAB для роботи з матрицями, як це показано у прикладі нижче; дані для прикладу можуть бути довільними. Для виведення проміжних результатів на екран (у робоче вікно середовища) в кінці операторів крапка з комою НЕ ставиться. Під час виконання даного пункту програми роботи потрібно звернути увагу на отримані на екрані результати і подати їх у звіті.
До п. 2.
У даному пункті програми роботи виконується така послідовність команд MATLAB у командному вікні. Під час виконання звернути увагу на отримані на екрані результати.
До п. 3, 4.
Для виконання даних пунктів програми роботи потрібно створити скрипт (сценарій) MATLAB. Скриптом або сценарієм називається файл MATLAB, який містить потрібний набір команд системи, замість того, щоб набирати його в командному рядку (якоюсь мірою його можна порівняти з програмою для алгоритмічної мови). Новий сценарій створюється редактором-налагоджувачем середовища за допомогою значка (новий документ) на панелі інструментів MATLAB чи власне редактора. Після набирання програма-сценарій зберігається у каталозі студента або на дискеті.
Запуск сценарію з середовища редактора-налагоджувача відбувається натисканням клавіші F5 або за допомогою пункту меню Debug Run, при цьому файл сценарію автоматично зберігається на диску. Рекомендується запускати файл-сценарій частинами після набирання кожної групи рядків (наприклад, виведення окремих вікон графіків), у такому разі результат виконання кожної групи операторів програми-сценарію є наочнішим.
Як приклад пропонується один з варіантів такого сценарію (чи програми-скрипту) MATLAB для виконання даних пунктів лабораторної роботи.
Під час виконання програми-сценарію звернути увагу на створення графіків виведених результатів в окремих графічних вікнах за допомогою команди figure(№ вікна) і розбиття графічного вікна на області за допомогою команди subplot(M,N,P), яка поділяє графічне вікно на матрицю MN і робить активною систему координат з номером P.
Порівняти спосіб отримання результатів за допомогою прямого програмування в середовищі MATLAB і за допомогою пакету Control System Toolbox.
ЛАБОРАТОРНА РОБОТА № 5
Основи роботи в Simulink і SimPowerSystems
Мета роботи: навчитися досліджувати перехідні процеси пуску двигуна постійного струму і асинхронного двигуна в середовищі пакету MATLAB + Simulink.
Програма роботи:
За своїм варіантом завдання до лабораторної роботи № 2 скласти в середовищі Simulink дві моделі двигуна постійного струму незалежного збудження для дослідження процесу прямого пуску (рис. 5.1):
структурну імітаційну модель для дослідження процесів прямого пуску і навантаження двигуна постійного струму за допомогою засобів Simulink;
імітаційну модель для дослідження процесів прямого пуску і навантаження двигуна постійного струму з використанням засобів пакету SimPowerSystems.
EMBED Word.Picture.8
Рис. 5.1. Схема прямого пуску двигуна постійного струму незалежного збудження
Скласти в середовищі Simulink зі застосуванням пакету SimPowerSystems імітаційну модель для дослідження процесів прямого пуску і навантаження асинхронного двигуна (АД) з короткозамкненим ротором (рис. 5.2).
EMBED Word.Picture.8
Рис. 5.2. Схема прямого пуску асинхронного двигуна
Для обох моделей дослідити перехідні процеси для прямого пуску і навантаження номінальним моментом. Відповідні часові залежності для швидкостей і моментів вивести на графіки.
У звіті про виконану роботу подати:
тему, мету та програму роботи;
вихідні дані за варіантом завдання;
імітаційні моделі середовища Simulink і пакету SimPowerSystems з поясненнями виконуваних дій та підписами до графіків;
отримані результати;
висновки про зручність розв'язування задач такого типу в середовищі MATLAB + Simulink .
Методичні вказівки
Запуск Simulink відбувається безпосередньо з середовища MATLAB двома шляхами:
натиснути ліву клавішу мишки на іконці Simulink панелі інструментів MATLAB;
набрати команду Simulink в командному рядку MATLAB і натиснути клавішу Enter .
Для створення нової моделі потрібно вибрати команду Model з підменю New меню File бібліотечного вікна Simulink або натиснути кнопку New Model на інструментальній панелі Library Browser. Після того, як Simulink відкриє нове вікно для моделювання, необхідно розмістити в ньому блоки, що формують дану модель і з’єднати їх відповідно до поданої структурної схеми.
Для копіювання блоків необхідно:
відшукати блок у відповідній бібліотеці;
навести на блок курсор миші, утримуючи ліву клавішу миші в натиснутому положенні, перемістити його з вікна перегляду у вікно моделі;
відпустити ліву клавішу миші.
Для з'єднання блоків між собою необхідно:
перший спосіб:
розмістити курсор над виходом першого блока;
тримаючи натиснутою ліву кнопку миші, перемістити курсор на вхід другого блока;
відпустити клавішу миші, після чого Simulink замінює символи входів/виходів сполучною лінією зі стрілкою, що показує напрямок проходження інформаційного потоку.
другий спосіб:
вибрати мишкою перший блок;
тримаючи натиснутою клавішу Ctrl , вибрати мишкою другий блок.
Запуск процесу симуляції в середовищі Simulink здійснюється командою Start меню Simulation, комбінацією клавіш Ctrl-T або натисканням кнопки ► на робочому вікні моделі.
При застосуванні елементів з пакету SimPowerSystems слід враховувати необхідність використання в моделі блоків його бібліотеки Вимірювачі, наприклад, блоків вимірювання напруги чи струму.
Відображення результатів моделювання найчастіше здійснюється за допомогою осцилографа (Scope) EMBED Word.Picture.8 з розділу Sinks основної бібліотеки Simulink. Для виведення вікна графіка осцилографа на дисплей потрібно двічі клацнути лівою кнопкою мишки на його зображенні. Автоматичне масштабування графіків на екрані осцилографа відбувається натисканням кнопки (Autoscale), потім ці параметри масштабування можна зберегти для повторного застосування натисканням кнопки .
До п. 1.
У даному пункті роботи за структурною моделлю двигуна постійного струму з номінальним і постійним потоком збудження (рис. 5.3) у середовищі Simulink слід створити дві моделі двигуна постійного струму, конкретні значення параметрів моделі задаються в діалогових вікнах кожного блоку:
з використанням лише блоків основної бібліотеки пакету Simulink (приклад можливої моделі подано на рис. 5.4, де використано блоки Step, Constant з розділу Sources (джерела), блоки Sum і Gain з розділу Math Operations, блок Transfer Fcn з розділу Continuous і блок Mux з розділу Signal Routing);
модель на основі блоків SimPowerSystems (приклад можливої реалізації такої моделі показано на рис. 5.5, де використано два блоки Step з основної бібліотеки Simulink, решта блоків – з бібліотеки SimPowerSystems).
EMBED Word.Picture.8
Рис. 5.3. Структурна модель процесу прямого пуску двигуна постійного струму
Рис. 5.4. Модель для аналізу режиму прямого пуску двигуна постійного струму в середовищі пакету Simulink
Рис. 5.5. Структурна схема моделі для аналізу динамічних режимів
двигуна постійного струму з використанням SimPowerSystems
Параметри моделі двигуна постійного струму (Iном , Ra , Ta , J, C) розраховуються за варіантом завдання до лабораторної роботи № 2. Прямий пуск двигуна здійснюється за нульового статичного струму (Ic = 0), після закінчення пускового перехідного процесу величина статичного струму Ic встановлюється рівною номінальному струму якоря Iном .
Для моделі на рис. 5.5 задати таку величину індуктивності кола збудження двигуна, щоб стала часу кола збудження складала 0,4-0,6 с (залежно від потужності двигуна за варіантом завдання). Подачу напруги Ua на якір двигуна (блок Start) здійснити після встановлення номінального струму в обмотці збудження (орієнтовно через 3-4 с).
У пункті меню Simulation Parameters (рис. 5.6) встановити час розрахунку в межах 5 – 10 с (залежно від тривалості перехідних процесів пуску і навантаження), рекомендується використати метод Боґацкі-Шемпайна (ODE23) або метод Адамса (ODE113) з відносною точністю 10-4.
Рис. 5.6. Вибір параметрів моделювання
До п. 2.
У даному пункті роботи дослідження процесу прямого пуску асинхронного двигуна здійснюється з використанням бібліотеки SimPowerSystems (рис. 5.7). Слід зауважити, що практично всі блоки цієї бібліотеки (за невеликими винятками) вимагають використання лише її елементів, зокрема всі з'єднання елементів у "зірку" слід здійснювати з'єднувачами (connectors) з цієї бібліотеки.
Рис. 5.7. Структурна схема моделі для аналізу режиму прямого пуску АД
Під час завдання параметрів моделі асинхронного двигуна використати параметри за замовчуванням, змінивши лише частоту на 50 Гц. У лабораторній роботі використана модель двигуна з короткозамкненим ротором, тому потрібно з'єднувачами з'єднати "накоротко" виводи ротора або під час вибору параметрів двигуна задати тип ротора "біляча клітка":
.
Джерела напруг для трьох фаз задати з амплітудою EMBED Equation.3 В, частотою 50 Гц і фазними зсувами 0, –120 і 120 ел. градусів. Накид статичного моменту Mc = 100 Нм здійснити через 0,5 с після пуску (потім цей час уточнити – накидання навантаження потрібно здійснити після закінчення перехідного процесу пуску). Вимірювання параметрів асинхронного двигуна здійснити блоком Machines Measurement Demux з розділу Machines, встановивши в його діалоговому вікні тип двигуна Asynchronous і позначивши виведення необхідних величин (струмів статора і ротора, моменту і швидкості).
У пункті меню Simulation Parameters встановити час розрахунку 1 с (потім уточнити під час моделювання для найінформативнішого відображення перехідного процесу), максимальний крок 1 мс, рекомендується метод Адамса (ODE113) або на основі формул числового диференціювання (ODE15S) з відносною точністю 10-4 (див. рис. 5.6).
Ділись своїми роботами та отримуй миттєві бонуси!
0%
Оголошення від адміністратора