ПЗ (1228604), страница 7

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

Текст из файла (страница 7)

В следующих разделах более подробно будут рассматриваться вопросы создания экстремального регулятора и системы управления в целом в программной среде NI LabView.

4 МОДЕЛИРОВАНИЕ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ КОМПЕНСАТОРА РЕАКТИВНОЙ МОЩНОСТИ

Так как моделирование электровоза с компенсатором реактивной мощности производились в программной среде NI Multisim 2014, а моделирование экстремального регулятора и системы управления в целом, производится программной среде LabView 2014, так же фирмы National Instruments, в данном разделе будет рассмотрен вопрос по интегрированию этих программ [12].

А так же будут рассмотрены вопросы касающиеся разработки экстремального регулятора и разработки системы вольтодобавки и их моделирование в программной среде LabView 2014. National Instruments

4.1 Программные средства National Instruments

Для создание систем, которые используются в данной работе используется NI LabView, для него необходимы плагины и дополнительное программное обеспечение. В таблице 4.1, перечислим необходимые продукты компании NI.

Таблица 4.1 – Продукты компании National Instruments

Устанавливая программные средства необходимо, что б версия продукта NI Multisim, совпадала с версией NI LabView.

Со-эмуляция (Co-simulation) требует Control Design & Simulation Module для LabView. В LabView для моделирования добавляется специальная конструкция – цикл моделирования (рисунок 4.1). В нее добавляется блок в который загружается схема Multisim.

Рисунок 4.1 – Цикл моделирования модуля Control Design & Simulation с интегрированным файлом из программы Multisim

Для этой конструкции существуют настройки моделирования (периоды вычислений и т.д). То есть в данном случае настройки решателя определяются в LabView, а не в Multisim.

Настройка «Control Design & Simulation Loop» производятся по следующим параметрам, рисунок 4.2.

Рисунок 4.2 – Параметры настроек моделирования

Основные параметры настройка «Control Design & Simulation Loop»:

а) Simulation Time – время моделирования: промежуток времени для решения обычных дифференциальных уравнений (ОДУ) модели:

• Initial Time – время начала симуляции: время с которого начинается решения обычного дифференциального уравнения

• Final Time – время окончания симуляции: время окончания решения обычного дифференциального уравнения.

б) Solved Method – методика решения обычного дифференциального уравнения:

• ODE Solver – решение ОДУ: обычные дифференциальные уравнения (ОДУ) делятся на два основных типа: c переменным (Variable Steps) и фиксированном шаге (Fixed-step). В цикл моделирования «Control Design & Simulation Loop», в меню настройки «ODE Solver» можно выбрать один из десяти встроенных методов решения ОДУ.

• метод Эйлера – «Runge-Kutta 1»: решение ОДУ первого порядка.

• метод Хойна – «Runge-Kutta 2»: решение ОДУ второго порядка.

• метод Богацкого-Шампена – «Runge-Kutta 3»: решение ОДУ третьего порядка.

• метод Рунге-Куна – «Runge-Kutta 4»: решение ОДУ четвертого порядка.

• метод Рунге-Куна в совокупности с методом Богацкого-Шампена – «Runge-Kutta 23»: одношаговый явный метод решения ОДУ второго порядка и третьего порядка, содержит коэффициенты «Runge-Kutta 3» для решения ОДУ второго порядка

• метод Рунге-Куна с использованием коэффициентов Дорманда-Принса – «Runge-Kutta 45»: решение ОДУ четвертого и пятого порядков.

• метод Гира – «BDF»: предназначен для решения жестких задач (с первого по пятый порядок).

• метод Адамса-Мултона – «Adams-Moulton»: предназначен для решения ОДУ в нежесткой системе.

• метод Розенберга – «Rosenbrock»: позволяет решить уравнения вторым порядком с оценкой ошибки третьего порядка.

• «Discrete State Only» – алгоритм решения уравнения с фиксированным шагом:

в) Continuous Time Steps and Tolerance – время неприрывного шага и погрешности измерений:

• Initial Steps Time – начальный шаг моделирования: данная настройка доступна при выборе метода решения обычного деифференцированого уравнения с постоянным шагом:

• Minimum Steps Size – минимальный шаг моделирования процесса в цикле.

• Maximum Steps Size – максимальный шаг моделирования процесса в цикле.

• Relative Tolerance ­– размер допустимый относительной ошибки в цикле.

• Absolute Tolerance – значение допустимой абсолютной погрешности в зависимости от ошибки решения обычного дифференциального уравнения, изменяет шаг моделирования.

Параметры настоек выбираются в зависимости от поставленных задач.

4.2 Создание модели экстремального регулятора и вольтодобавочного устройства

Моделирование электромагнитных процессов, протекающих в системе «контактная сеть – электровоз», выполняется с помощью пакета компьютерных программ Multisim и LabView компании National Instruments, предназначенных для математического моделирования переходных процессов в электрических цепях.

Показателем качества объекта регулирования является коэффициент мощности, что бы его посчитать, необходимы снять значения напряжения U_out и тока I_out с со схемы электровоза, которая собрана в программной среде Multisim и показана на рисунке 4.3.

Рисунок 4.3 – Схема модели электровоза с внедренным КРМ и системой управления

Для того что бы интегрировать схему, собранную в Multisim воспользуемся модулем «Control Design & Simulation», который организует взаимодействия между средой Multisim и LabVIEW. А так же необходимо установить вывод U_out напряжения, вывод I_out тока с источника переменного напряжения и ввод U_vd под данные выходящие с системы управления разработанной в LabVIEW, а именно напряжение вольтодобавки .

А что бы данные корректно передавались из Multisim в LabVIEW, необходимо воспользоваться плагином «LabView Multisim co-simulation 14.0».

На рисунке 4.4 представлена смоделированная в LabView система управления КРМ с интегрированной схемой из программы Multisim.

Рисунок 4.4 – Моделирование системы управления компенсатором

Как видно из рисунка, схема из Multisim представлена в LabView одним блоком (Elektrovoz), с созданными выводами U_out и I_out и вводом U_vd.

4.2.1 Работа блоков Mean и RMS

Из рисунка 4.4 видно, что выходные значения напряжения U_out и тока I_out с со схемы электровоза (Elektrovoz), поступают на блоки Mean и RMS.

Блок Mean (среднее) вычисляет среднее значение сигнала, по заданному количеству точек, которые задаются константой sample length (длина волны), нашем случае это 2000 точек. Блок необходим, чтобы посчитать по входным значениям напряжения и тока потребляемую (полезную, активную) мощность.

Среднее значение – числовая характеристика множества чисел или функций; некоторое число, заключённое между наименьшим и наибольшим из их значений.

Среднего значения считается по формуле 4.1

, (4.1)

где – сумма входных данных;

n – количество входных данных.

Так как блок Mean является субсистемой, построенной на логических элементах, то необходимо показать структуру данного блока, которая изображена на рисунке 4.5.

*

Рисунок 4.5 – Структура блока Mean

Блок RMS (Root mean square) вычисляет среднеквадратичное значение, по заданному количеству точек, которые задаются константой sample length (длина волны), нашем случае 2000 точек.

Среднеквадратичное значение – корень квадратный из среднего значения квадрата сигнала.

Среднеквадратичное значение считается по формуле 4.2

, (4.2)

где – сумма средних значений квадрата сигнала;

n – количество входных данных.

Напряжения с выхода U_out поступает на блок RMS 1, а ток с выхода I_out поступает на блок RMS 2, после того как данные посчитались за определенное количество точек, они поступают на логический элемент Multiply, где перемножаются и на выходе образуется полная мощность S, которая считается по формуле

, (4.3)

где U – напряжение контактной сети, В;

I – ток первичной обмотки трансформатора, А.

Так как блок RMS является субсистемой, построенной на логических элементах, то необходимо показать структуру данного блока, которая изображена на рисунке 4.6.

Так как блоки RMS 1 и RMS 2 идентичные по структуре, только блок RMS 1 считает входное напряжение, а блоки RMS 2 входную силу тока, то нет необходимости иллюстрировать оба блока, ограничимся изображением структуры блока RMS 1.

Рисунок 4.5 – Структура блока RMS 1

Так как коэффициент мощности определяется отношением потребляемой (активной) P к полной S мощности, необходимо при помощи логического элемента Divide разделить значения мощностей.

4.2.2 Работа блока Delay и элемента Summation

На выходе блока Divide образуется сигнал (коэффициент мощности), который поступает одновременно на блок задержки (памяти) Delay и на элемент сравнения Summation.

Данные блоки необходимы для того, чтобы сравнить (вычесть) сигнал, с тем же сигналом, но задержанным по времени.

Рисунок 4.6 – Блок Delay и элемент Summation

Delay производит задержку входного сигнала на величину времени, которое указывается в блоке, то есть является неким блоком памяти. Задержка сигнала происходит в соответствии с формулой

, (4.4)

где y – входные значения;

u – выходные значения;

t – текущее время моделирования;

Характеристики

Список файлов ВКР