ПЗ (1230311), страница 4

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 4)

Сигнал с выхода логической схемы ИЛИ_min1, определяющий задание тока якоря ТЭД для контура регулирования тока якоря I_з, поступает на вход задатчика интенсивности ЗИ, который преобразует его в линейно-зависимый от времени выходной сигнал, то есть обеспечивает плавное нарастание тока якорей ТЭД до заданной величины.

Сигнал с выхода задатчика интенсивности ЗИ поступает на вход ограничителя максимального тока якоря ОГР. Если величина этого сигнала меньше максимального значения тока якоря ТЭД, то ОГР пропускает сигнал на выход, в противном случае ОГР ограничивает выходной сигнал на уровне 1450 50 А.

Выходной сигнал ограничителя тока якоря ОГР, пропорциональный заданному значению тока якоря I_{з зад}, поступает на элемент сравнения ЭС2, где сравнивается с сигналом, поступающим на ЭС2 по цепи обратной связи контура регулирования тока якоря ДТЯ – БИ-027 и соответствующим фактическому значению тока якоря I_яф ТЭД. Блоки измерения БИ-027 выделяют сигнал, пропорциональный току якоря наиболее нагруженного ТЭД. Таким образом, в режиме тяги поддержание заданного тока якоря ведется по наиболее нагруженному ТЭД [14].

Элемент сравнения ЭС2 определяет величину рассогласования по току якоря, то есть разность между сигналом от ОГР, пропорциональным заданному значению тока якоря, и сигналом от БИ-027, пропорциональным фактическому значению тока якоря ТЭД.

Сигнал с выхода ЭС2, пропорциональный величине рассогласования по току якоря, поступает на вход регулятора тока якоря РТЯ, который формирует управляющее воздействие α для автоматического регулирования заданного значения тока якоря. Если величина рассогласования по току якоря равна нулю, то есть заданное значение тока якоря равно фактическому, РТЯ работает как повторитель напряжения и сигнал на его выходе также равен нулю. Контур регулирования тока якоря работает по принципу стабилизации тока.

Выходной сигнал регулятора тока якоря РТЯ является управляющим и поступает на вход согласующего элемента СЭ. Значение α в СЭ преобразуется в фазу импульсов управления α_р и зону N управления ВИП. Здесь же реализуется алгоритм переключения зон регулирования и наложение ограничения на значение фазы α_р. Этот сигнал поступает в БУВИП, который в соответствии с управляющим сигналом БАУ, обеспечивает работу электровоза в режиме тяги. Функциональная схема приведена на рисунке 1.7.

Рисунок 1.7 – Функциональная схема САУ в режиме тяги

2 СОЗДАНИЕ ВЗАИМОСВЯЗАННОЙ МОДЕЛИ LABVIEW – MULTISIM

Темпы развития компьютерной техники, которая за последнее время увеличила свою вычислительную мощность в несколько десятков раз, вопрос моделирования сложных комплексов и систем из теоретических становится практическим. Благодаря развитию программ моделирования появилась возможность применения компьютерного математического моделирования при проектировании новых поколений подвижного состава с принципиально новыми технологиями и оборудованием.

Не так давно большинство программ для моделирования базировались на обязательном описании создаваемой схемы на внутреннем языке программы. Сейчас большое число средств разработки перешло на визуальное представление, как объекты моделирования, так и результаты расчетов. И если результаты расчетов не являются новшеством, то возможность представления схем в графическом виде позволяет моделировать значительно более сложные системы, моделирование которых ограничено мощностью электровычислительных машин и возможностями программ.

2.1 Средства математического моделирования

В настоящем существует большое количество программ для моделирования работы электрических машин и электронных компонентов. К ним относятся: Mathcad, Matlab, ELCUT, StarSim, JMAG, VisSim, LabVIEW.

В данном проекте моделирование осуществлялось в программном пакете Multisim от компании National Instruments.

Компания National Instruments была создана в американском городе Остин, штат Техас, тремя основателями в 1976 году – Джефом Кодоски, Джеймсом Тручардом и Биллом Новлинным (Jeff Kodosky, James Truchard, Bill Nowlin). Основной специализацией компании являлись инструментальные средства для измерений и автоматизации производства [4].

Флагманским программным продуктом компании является среда графического инженерного программирования NI LabVIEW. LabVIEW (Laboratory Virtual Instrumentation Engineering Workbench) – это среда разработки и платформа для выполнения программ, созданных на графическом языке программирования «G» фирмы National Instruments. Первая версия LabVIEW для Apple Mac вышла спустя десять лет после создания компании – в 1986 году. Инженеры National Instruments решили бросить вызов «традиционным» языкам программирования и создали полностью графическую среду разработки [12].

Основным идеологом графического подхода стал Джефф Кодоски. Из года в год выпускались обновленные версии программы. Первой кроссплатформенной версией (включая операционную систему Windows) была третья версия, выпущенная в 1993 году. На начало 2016 года актуальной является версия 14.0.

Внешний вид окон запуска программ LabVIEW 2013 с установленным модулем и программой Multisim 13.0 представлен на рисунках 2.1 и 2.2.

Рисунок 2.1 – Внешний вид окна запуска программы LabVIEW 2013

Рисунок 2.2 – Внешний вид окна запуска программы NI Multisim 13.0

Для объединения возможности моделирования в Multisim, обработки, визуализации и сохранения данных в LabVIEW применяется модуль NI Control Design and Simulation Module (рисунок 2.3).

Рисунок 2.3 – Установка модуля NI Control Design and Simulation Module

Система управления реализована в программной среде NI LabVIEW, а модель электродвигателя в среде NI Multisim.

Модуль представляет собой программную среду, основанную на принципе графического программирования, предназначенную для компьютерного моделирования линейных и нелинейных, непрерывных и дискретных динамических систем. Для моделирования доступны многие численные методы решения дифференциальных уравнений, различные методы Рунге-Кутта.

Интеграция модели NI Multisim в LabVIEW должна проходить в следующем порядке. Сначала, в собранную электрическую схему в Multisim добавляются соединительные разъемы «Вывод иерархического блока/подсхемы» (Hierarchical connector) (рисунок 2.4).

Рисунок 2.4 – Создание соединительного разъема в Multisim

В окне свойств присваивается название этого разъема и задается направление сигнала на вход или на выход (рисунок 2.5).

Рисунок 2.5 – Окно свойств разъема в Multisim

Затем в окно блок-диаграмм среды LabVIEW добавляется цикл «Control & Simulation Loop» и блок «Multisim Design».

Математическая модель обязательно должна быть заключена в цикл «Simulation Loop», который во многом похож на обычный цикл «While Loop» [13].

Цикл «Simulation Loop» продолжает выполнять процесс моделирования пока не пройдет заданное время или не прейдет сигнал логической единицы в блок остановки моделирования «Halt Simulation». Также необходимо, чтобы все элементы программы, необходимые для работы модели, должны находиться внутри цикла. Данный цикл нужно размещать в под блоки «Sub VI» с указанием точек подключения.

Вызов окна настройки параметров моделирования производится двойным нажатием кнопки мыши на входной узел управления циклом. На рисунке 2.6 представлено диалоговое окно настроек параметров моделирования.

В диалоговом окне настраиваются следующие параметры моделирования:

- время моделирования «Simulation Time» – настройка промежутка времени решения обыкновенных дифференциальных уравнений (ОДУ);

Рисунок 2.6 – Окно настройки параметров моделирования

- начальное время «Initial Time» – время, с которого начинается решение ОДУ;

- конечное время «Final Time» –время окончания ОДУ, при выборе значения «inf» (бесконечность) остановка моделирования произойдет только после подачи сигнала логической единицы на блок «Halt Simulation»;

- метод решения «Solver Method»;

- решение ОДУ «ODE Solver» – определяет метод решения ОДУ. Первые четыре метода являются численными методами решения ОДУ с фиксированным шагом (Fixed-step) [13]:

1) Runge-Kutta 1 – метод Эйлера (первого порядка);

2) Runge-Kutta 2 – метод Хойна (второго порядка);

3) Runge-Kutta 3 – метод Богацкого-Шампена (третьего порядка);

4) Runge-Kutta 4 – метод Рунге-Кутта (четвертого порядка).

В списке присутствуют методы с переменным шагом (Variable-step):

1) Runge-Kutta 23 – одношаговый метод Рунге-Кутта второго и третьего порядка, содержит набор коэффициентов Богацкого-Шампена для решения уравнений второго порядка;

2) Runge-Kutta 45 – одношаговый метод Рунге-Кутта четвертого и пятого порядка, содержит набор коэффициентов Дорманда-Принса для решения уравнений четвертого порядка;

3) BDF – метод Гира (с первого по пятый порядок) для эффективного решения жестких задач;

4) Adams-Moulton – метод Адамса-Мултона для эффективного и точного решения нежестких систем обыкновенных дифференциальных уравнений;

5) Rosenbrock – метод Розенброка для решения уравнений вторым порядком с оценкой ошибки третьим порядком;

6) Discrete State Only – алгоритм с фиксированным размером шага.

- начальный шаг моделирования «Initial Step Size» доступен только при выборе метода решения ОДУ с постоянным шагом;

- минимальный шаг моделирования «Minimum Step Size» доступен при выборе переменного шага решения ОДУ;

- максимальный шаг моделирования «Maximum Step Size» доступен при выборе переменного шага решения ОДУ;

- допустимая относительная погрешность «Relative Tolerance» в зависимости от ошибки решения ОДУ изменяет шаг моделирования;

- допустимая абсолютная погрешность «Absolute Tolerance» в зависимости от ошибки решения ОДУ изменяет шаг моделирования [13].

2.2 Элементы цифровой системы автоматического регулирования тока

Внедрение систем автоматического регулирования электроподвижным составом выдвигает ряд задач, связанных с разработкой и применением новых средств автоматики. К таким средствам относятся цифровые регуляторы, обеспечивающие реализацию высоких показателей надежности, качества регулирования, расширение функциональных возможностей при ограниченных габаритах и потребляемой мощности, а также повышение технико-экономической эффективности автоматических систем.

При автоматизации тягового электропривода широко используются принципы подчиненного регулирования с количеством контуром, соответствующим числу регулируемых величин. Внутренним (подчиненным) контуром в такой системе является контур регулирования тока якоря , в котором объект регулирования (ОР) ­– якорная цепь, исполнительный элемент (ИЭ) – тиристорный преобразователь, выходное напряжение (для электроподвижного состава однофазно-постоянного тока) которого регулируется управляющим элементом (УЭ) путем изменения фазы импульсов управления на основе информации о заданном и действительном значениях тока якоря электродвигателя [10].

При проектировании технических средств автоматики наиболее трудоемкой является разработка управляющего элемента. Это связано с тем, что закон формирования управляющего воздействия, необходимость учета ряда ограничений, а также требования к качеству регулирования зачастую носят специфический характер и определяются особенностями исполнительного элемента и объекта регулирования. В связи с этим, особое внимание уделяется проектированию управляющего элемента.

Характеристики

Список файлов ВКР