СКАЧАТЬ:  lab-2-iz-e-princ.-sozd.-mod.elem.es.zip [175,36 Kb] (cкачиваний: 9)

ИЗУЧЕНИЕ ПРИНЦИПОВ СОЗДАНИЯ МОДЕЛЕЙ ЭЛЕМЕНТОВ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ

Цель работы: изучение пакета Simulink и принципов создания моделей элементов электроснабжения.

1 Создание модели

Для создания модели в среде SIMULINK необходимо последовательно выполнить ряд действий:

1.1 Создать новый файл модели с помощью команды File/New/Model, или используя кнопку  на панели инструментов (здесь и далее, с помощью символа “/”, указаны пункты меню программы, которые необходимо последовательно выбрать для выполнения указанного действия). Вновь созданное окно модели показано на рисунке. 1.1.

Рисунок 1.1- Пустое окно модели

1.2 Расположить блоки в окне модели. Для этого необходимо открыть соответствующий раздел библиотеки (Например, Sources - Источники). Далее, указав курсором на требуемый блок и нажав на левую клавишу “мыши” - “перетащить” блок в созданное окно. Клавишу мыши нужно держать нажатой. На рисунке  1.2 показано окно модели, содержащее блоки.

Рисунок 1.2 - Окно модели, содержащее блоки

Для удаления блока необходимо выбрать блок (указать курсором на его изображение и нажать левую клавишу “мыши”), а затем нажать клавишу Delete на клавиатуре. Для изменения размеров блока требуется выбрать блок, установить курсор в один из углов блока и, нажав левую клавишу “мыши”, изменить размер блока (курсор при этом превратится в двухстороннюю стрелку).

1.3 Далее, если это требуется, нужно изменить параметры блока, установленные программой “по умолчанию”. Для этого необходимо дважды щелкнуть левой клавишей “мыши”, указав курсором на изображение блока. Откроется окно редактирования параметров данного блока. При задании численных параметров следует иметь в виду, что в качестве десятичного разделителя должна использоваться точка, а не запятая. После внесения изменений нужно закрыть окно кнопкой OK. На рисунке 1.3 в качестве примера показаны блок, моделирующий передаточную функцию и окно редактирования параметров данного блока.

1.4. После установки на схеме всех блоков из требуемых библиотек нужно выполнить соединение элементов схемы. Для соединения блоков необходимо указать курсором на “выход” блока, а затем, нажать и, не отпуская левую клавишу “мыши”, провести линию к входу другого блока. После чего отпустить клавишу. Для создания точки разветвления в соединительной линии нужно подвести курсор к предполагаемому узлу и, нажав правую клавишу “мыши”, протянуть линию. Для удаления линии требуется выбрать линию, а затем нажать клавишу Delete на клавиатуре. Схема модели, в которой выполнены соединения между блоками, показана на рисунке 1.4.

Рисунок 1.3 - Блок, моделирующий передаточную функцию и окно редактирования параметров блока

Рисунок 1.4 - Схема модели

1.5 После составления расчетной схемы необходимо сохранить ее в виде файла на диске, выбрав пункт меню File/Save As... в окне схемы и указав папку и имя файла. Следует иметь в виду, что имя файла не должно превышать 32 символов, должно начинаться с буквы и не может содержать символы кириллицы и спецсимволы. Это же требование относится и к пути файла (к тем папкам, в которых сохраняется файл). При последующем редактировании схемы можно пользоваться пунктом меню Fille/Save. При повторных запусках программы SIMULINK загрузка схемы осуществляется с помощью меню File/Open... в окне обозревателя библиотеки или из основного окна MATLAB.

2 Модель нелинейного элемента электроснабжения

Библиотека блоков SimPowerSystems достаточно обширна, однако, иногда требуемая пользователю модель устройства может в ней отсутствовать. Это касается например, нелинейных элементов, насыщающихся реакторов, новых типов электродвигателей и т.п. В этом случае пользователь может оздать нужную модель на основе блоков Simulink и блоков SPS. Общая структура модели показана на рисунке 2.1.

Рисунок 2.1 - Структура модели

На схеме к управляемому источнику тока параллельно подключен измеритель напряжения. Между выходом измерителя напряжения и входом источника тока включена Simulink-модель, реализующая нужную вольт-амперную характеристику устройства. Параллельно источнику также подключен развязывающий резистор. Его наличие обусловлено, тем, что большое число блоков SPS выполнено на базе источников тока. При последовательном соединении таких блоков источники тока оказываются включенными последовательно, что недопустимо. Наличие же развязывающего резистора позволяет включать такие блоки последовательно. Величина сопротивления резистора должна выбираться достаточно большой, чтобы его влияние на характеристики создаваемого блока было минимально (обычно его величина для силовых электротехнических блоков выбирается в пределах 500 - 1000 Ом). Зажимами блока являются входной и выходной порты. Таким образом, для создания электротехнического блока пользователь, прежде всего, должен создать обычную Simulink-модель, входом которой является сигнал пропорциональный напряжению на зажимах устройства, а выходом сигнал, пропорциональный току устройства, а затем использовать эту модель в схеме представленной на рисунке 2.1. При создании многофазных устройств, как правило, требуется создать модели отдельных фаз, а затем уже включить их по нужной схеме.

2.1 Модель нелинейного элемента

Пусть вольт-амперная характеристика нелинейного элемента задана выражением:

                                                                 ,                                                         (1)

где i и u – мгновенные значения тока и напряжения,

U₀ – пороговое значение напряжения,

I₀ – величина тока устройства при значении напряжения равном пороговому,

a – показатель степени, определяющий нелинейность вольт-амперной характеристики (обычно лежит в пределах от 0 до 50).

Схема блока нелинейного элемента показана на рисунке 2.2. Модель Simulink элемента реализована с помощью блока Fcn. Численные значения параметров приняты следующими:

U₀ = 150 кВ,

I₀ = 550 А,

α = 41.

Тогда функция (1) примет вид:

i = 550*(u/150e3)^41.

Рисунок 2.2 - Схема блока нелинейного элемента

Схема всей модели показана на рисунке 2.3.

На схеме показаны датчики тока и напряжения, снимающие сигналы пропорциональные этим переменным. Графопостроитель XY-Graph по этим сигналам строит вольт-амперную характеристику элемента. Полученные временные диаграммы тока и напряжения должны иллюстрировать нелинейность характеристики элемента.

Рисунок 2.3 - Схема всей модели

Некоторым недостатком такой модели элемента является наличие безинерционного замкнутого контура образованного датчиком напряжения, блоком Fcn и управляемым источником тока (рисунок 2.1). Simulink выполняет расчет таких моделей используя итерационную процедуру, что несколько снижает скорость расчета. Также при наличии замкнутых алгебраических контуров становится невозможным расчет модели в ускоренном режиме (Acceleration mode). Чтобы разорвать безинерционный контур достаточно включить в линию между датчиком напряжения и источником тока фильтр с малой постоянной времени. Величина постоянной времени должна выбираться таким образом, чтобы изменение динамических свойств модели было минимальным (обычно величина постоянной времени фильтра выбирается в пределах от 10^-8 - 10^-6). Схема модели нелинейного элемента с использованием фильтра показана на рисунке 2.4.

Рисунок 2.4 - Схема модели нелинейного элемента с использованием фильтра

3 Порядок выполнения работы

1 Создали модель нелинейного элемента в Simulink (рисунок 2.2).

2 Получили временную диаграмму и ВАХ нелинейного элемента, которые приведены на рисунках 3.1 и 3.2.

Рисунок 3.1 – Вольт-амперная характеристика.

Рисунок 3.2 – Временная диаграмма.

3 Ввели в модель фильтр (рисунок 3.4).

4 Получили временную диаграмму и ВАХ нелинейного элемента с фильтром, которые представлены на рисунках 3.3 и 3.4.

Рисунок 3.3 – Вольт-амперная характеристика.

Рисунок 3.4 – Временная диаграмма.

Выводы: в ходе данной лабораторной работы изучили пакет Simulink и принципы создания моделей элементов электроснабжения.

4 Контрольные вопросы

1 Каково назначение фильтра?

2 Как повлияло введение фильтра на временные диаграммы и ВАХ элемента? Почему?

3 Для чего необходим развязывающий резистор?

4 Рассказать последовательность создания модели.

5 Прокомментировать временные диаграммы и ВАХ.