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

Текст из файла (страница 6)

Для численного решения уравнений в Simulink доступно несколько алгоритмов интегрирования. Некоторые из алгоритмов интегрирования в Simulink адаптируют величину временных подынтервалов в зависимости от скорости изменения состояния системы. В других интеграторах используется постоянный размер временных интервалов, который задается пользователем при настройке модели. Точность получаемого решения зависит от величины временного шага.

Для каждого блока, используемого в Simulink-модели, должен быть определен временной шаг (дискрет). Именно для этого шага выполняется вычисление состояния каждого блока. Большинство блоков позволяют задавать временной дискрет как параметр. Для блоков непрерывного времени (состояние которых меняется во времени непрерывно) величина дискрета считается бесконечно малой величиной.

Simulink предназначен не только для моделирования динамических систем, состояние которых постоянно (непрерывно) меняется во времени. В этом пакете предусмотрены богатые средства, позволяющие моделировать системы дискретного времени.

Большинство стандартных блоков, поставляемых с Simulink, параметризованы. Так, например, значение константы блока Constant является параметром этого блока. Значения параметров параметризованных блоков задаются в специальном диалоговом окне. Значения параметров таких блоков, задаваемые выражениями языка MatLab, могут меняться пользователем при разработке модели.

В Simulink предусмотрена возможность создания блоков пользователем. Доступно несколько вариантов создания таких блоков. Первый вариант – графический (при соединении проводниками-сигналами несколькольких стандартных блоков Simulink, и помещении в специальный блок из библиотеки Simulink, называемый subsystem). Второй вариант создания такого блока – описать его функциональность программно.

Подсистемы (subsystems) позволяют упорядочить и структурировать графическое представление диаграммы модели. Для этого набор блоков диаграммы, объединенных логически, объединяется в подсистему, представляемую в диаграмме единым блоком.

Помимо блоков любая модель в Simulink содержит сигналы, соединяющие блоки в диаграмму. Сигнал в Simulink – это меняющаяся во времени величина, значения которой заданы в каждый момент времени при симуляции модели. При разработке модели пользователь может задавать множество атрибутов сигналов: имя сигнала, тип данных, являются значения этого сигнала вещественными или комплексными, размерность сигнала (скаляр, вектор, массив, многомерный массив). При создании сигналов на диаграмме модели они отображаются в виде стрелок. Направление стрелки указывает какой из блоков, соединенных сигналом является источником значений сигнала, а какой – приемником. Источник в процессе выполнения вычислений задает значения сигнала в каждый момент времени. Приемный блок читает значения сигнала, используя их в вычислениях.

Блоки в Simulink представляют обыкновенные дифференциальные уравнения. Решение уравнений при моделировании системы производится при вызове соответсвующих функций-методов каждого блока. Вызов этих методов производится в процессе, называемом simulation loop (цикл симуляции). Каждая итерация этого цикла представляет, таким образом, изменение состояния моделируемой системы в соответствующий момент времени [16].

Соединяя отдельные объекты (модули) библиотеки блоков Simulink между собой линиями связей, можно составлять функциональную блок-схему любого устройства. Для удобства работы пользователя библиотека блоков разбита на следующие разделы [17]:

- Commonly Used Blocks – наиболее часто используемые блоки разных разделов библиотеки (воздействия, сумматор, интегратор, усилитель, осциллограф и т.д.);

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

- Discontinuities – нелинейные элементы (насыщение, реле, переключатель и т.д.);

- Discrete – библиотека дискретных элементов (интегратор, фильтр, задержка и т.д.);

- Logic and Bit Operations – логические операции (сравнение, сдвиг, инверсия, AND и т.д.);

- Lookup Tables – блоки задания в табличной форме функции переменных с использованием линейной интерполяции (функции одной переменной, двух переменных и т.д.);

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

- Model Verification – блоки проверки проектируемой системы на соответствие требованиям в частотной и временной областях (границы значения сигнала, ограничения по амплитуде ЛАЧХ, ограничения на отклик на единичное ступенчатое воздействие, запасы устойчивости по амплитуде и фазе и т.д.);

- Model-Wide Utilities - библиотека дополнительных утилит (описание модели, информация о типе данных используемыми блоками Simulink и т.д.);

- Ports & Subsystems блоки подсистем (порты, синхронизация подсистем, вызов функций и т.д.);

- Signal Routing – сигналы и системы (составной блок, входной сигнал, выходной сигнал, мультиплексор, демультиплексор 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.).

- User-Defined Function – функции пользователя (S-функции, m-функции, табличные функции и т.д.);

- Additional Math & Discrete – дополнительные математические и дискретные функции (задержки, инкрементирование и т.д.); Помимо Simulink имеется целый ряд специальных библиотек для расчетов, моделирования систем, обмена данными, управления ресурсами компьютера.

Библиотека блоков SimPowerSystems является одной из множества дополнительных библиотек Simulink, ориентированных на моделирование конкретных устройств. SimPowerSystems содержит набор блоков для имитационного моделирования электротехнических устройств. В состав библиотеки входят модели пассивных и активных электротехнических элементов, источников энергии, электродвигателей, трансформаторов, линий электропередачи и тому подобного оборудования. Имеется также раздел, содержащий блоки для моделирования устройств силовой электроники, включая системы управления для них.

Комбинируя возможности Simulink и SimPowerSystems, пользователь может не только имитировать работу устройств во временной области, но и выполнять различные виды анализа таких устройств. В частности, пользователь имеет возможность рассчитать установившийся режим работы системы на переменном токе, проанализировать устойчивость, а также выполнить гармонический анализ токов и напряжений.

Несомненным достоинством SimPowerSystems является то, что сложные электротехнические системы можно моделировать, сочетая методы имитационного и структурного моделирования. SimPowerSystems в составе Simulink на настоящее время может считаться одним из лучших пакетов для моделирования электротехнических устройств и систем [18].

3.2 Имитационная модель АСГ в MatLab

Виртуальная модель для определения характеристик АСГ включает в себя сам АСГ, источник напряжения возбуждения, нагрузку. В качестве источника возбуждения принят библиотечный источник трехфазного напряжения, нагрузка выполняется в виде резисторов.

Модель АСМ состоит из отдельных подсистем – фрагментов Simulink-модели, оформляемых как самостоятельный блок. Связь подсистемы с моделью выполняется с помощью входных (блок Inport библиотеки Sources) и выходных (блок Outport библиотеки Sinks) портов.

Имитационная модель АСМ (рисунок 3.1) включает в себя:

- блоки-преобразователи тока и напряжения из трехфазной системы координат в двухфазную систему и обратно;

- блок электромагнитного момента;

- блок механического равновесия генератора;

- блоки вычисления потокосцеплений и токов обмотки возбуждения и обмотки статора.

В процессе моделирования к ротору прикладывается момент, вычисляемый как разность между заданным моментом и моментом, пропорциональным частоте вращения. Это позволяет стабилизировать частоту вращения при изменении электрической нагрузки генератора.

При подаче в обмотку ротора трехфазного напряжения, в роторе создается вращающийся относительно ротора магнитный поток, который индуктирует в статоре ЭДС, по величине и частоте пропорциональную алгебраической сумме частот вращения ротора и вращения магнитного потока относительно ротора. Под действием ЭДС через обмотки статора и сопротивления нагрузки проходит ток, которым энергия передается от генератора в нагрузку. Магнитный поток, созданный током нагрузки в обмотке статора, алгебраически складывается с магнитным потоком ротора, так что ЭДС в статоре создается потоком суммарным.

Особенность АСГ заключается в том, что ЭДС индуктируется и в роторе, вычитаясь из напряжения возбуждения, так что ток возбуждения проходит под действием этой разности, а не только источника возбуждения, как в синхронном генераторе.

Рисунок 3.1 – Блочная схема модели АСГ

Для создания блоков имитационной модели нами использованы следующие объекты библиотеки блоков Simulink [17,18]:

- Источник постоянного сигнала Constant. Задает постоянный по уровню сигнал. Значение константы может быть действительным или комплексным числом, вычисляемым выражением, вектором или матрицей;

- Блок задания функции Fcn. Выражение может включать в себя следующие компоненты: входной сигнал, обозначаемый u, если он является скаляром, или буквой u, с указанием номера элемента в скобках, если сигнал векторный, например, u(1) и u(3); константы; арифметические операторы; операторы отношения; логические операторы; переменные из рабочей области; математические функции и круглые скобки;

- Усилитель Gain. Блок предназначен для умножения входного сигнала на постоянный коэффициент. Параметр блока Gain может быть положительным или отрицательным числом, как больше, так и меньше 1. Коэффициент усиления можно задавать в виде скаляра, матрицы или вектора, а также в виде вычисляемого выражения;

- Блок вычисления суммы Sum. Выполняет вычисление суммы текущих значений сигналов;

- Мультиплексор (смеситель) Mux. Объединяет входные сигналы в вектор. Входные сигналы блока могут быть скалярными и (или) векторными. Сигналы, подаваемые на входы блока должны быть одного типа (действительного или комплексного);

- Демультиплексор (разделитель) Demux. Разделяет входной векторный сигнал на отдельные составляющие.

- Блок умножения Product. Выполняет вычисление произведения текущих значений сигналов;

- Блок Integrator. Позволяет осуществлять интегрирование входного сигнала в непрерывном времени;

- Блок ограничения Saturation. Выполняет ограничение величины сигнала.

Блоки преобразователей из трехфазной системы координат в двухфазную (рисунок 3.2) и из двухфазной системы координат в трехфазную (рисунок 3.3), блок вычисления электромагнитного момента (рисунок 3.9), расчета потокосцеплений обмотки статора по осям q и d (рисунок 3.4, 3.5), блока расчета мощности машины выполняем аналогично блокам синхронного генератора.

Рисунок 3.2 – Блок-схема преобразователя координат abc-dq

Рисунок 3.3 – Блок-схема преобразователя координат qd-abc

На рисунках 3.3 и 3.4 приведены блок-схемы, реализующие уравнения напряжений обмотки статора и ротора:

;

(3.1)

Характеристики

Список файлов ВКР