Лекція 11 Комп'ютерне моделювання в середовищі Matlab



Скачати 44.45 Kb.
Дата конвертації28.12.2016
Розмір44.45 Kb.

Лекція 11

Комп'ютерне моделювання в середовищі Matlab

Сучасні комп'ютерні технології, в основі яких лежать прикладні пакети, дають змогу більш глибокого вивчення питань, пов'язаних із проектуванням будь-якого виду функціональних систем (електричних, механічних, напівпровідникових, електронних і т.п.). Вони дозволяють якісно змінити й істотно поліпшити технологію вивчення, перевести її у віртуальну дійсність, здійснити в цій віртуальній лабораторії необхідні дослідження з одержанням кількісних результатів. Одним з прикладних пакетів, що відповідають сучасним вимогам проектування функціональних систем, є Matlab.

Проблеми, що виникають на шляху вирішення цієї задачі, можуть бути подолані тільки шляхом глибокого вивчення фізичних явищ у всіх ланках системи. Для грамотного використання комп'ютера необхідно добре знати і розуміти фізику роботи окремих ланок системи, їхній взаємозв'язок і взаємозалежність.

Перша версія Matlab була розроблена більше 20 років тому. Розвиток і удосконалення цього пакета відбувалися одночасно з розвитком засобів обчислювальної техніки. Назва пакету Matlab походить від словосполучення Matrix Laboratory, вона орієнтована у першу чергу на обробку масивів даних (матриць і векторів). Саме тому, незважаючи на досить високу швидкість зміни поколінь обчислювальної техніки, Matlab встигав зберігати все найбільш цінне від кожного з них. У результаті до цього часу Matlab являє собою бібліотеку більше ніж з 800 функцій. Єдина проблема роботи з бібліотеками – швидко відшукати функції, потрібні для розв’язання поставленої задачі.

Для полегшення фахівцям різних областей науки і техніки роботи з пакетом вся бібліотека функцій розбита на розділи. Ті з них, що мають більш загальний характер, входять до складу ядра Matlab. Ті ж функції, що є специфічними для конкретної області, включені до складу додаткових розділів, які мають назву Toolboxes. З усіх розділів Toolbox Simulink найбільш пристосований для аналізу і синтезу різних систем.

Simulink представляє досліднику всілякі можливості, починаючи від структурного (математичного) подання системи і кінчаючи генеруванням кодів для мікропроцесора відповідно до структурної схеми моделі.

Наведена на рис.11.1 модель (з бібліотеки Powerdemos) наочно демонструє рівень складності задач, які можна досліджувати в пакеті Simulink. Це модель електромеханічної системи потужністю 220 MVA, що складається з гідротурбіни (блок HTG), синхронного генератора (блок Synchronous Machine), трифазного трансформатора (блок Three-Phase Transformer) і різного виду навантажень. Система працює паралельно з енергосистемою потужністю 10000 MVA. Модель, подана на рисунку, дозволяє досліджувати перехідні й сталі режими гідроелектростанції із синхронним генератором, що має систему керування збудженням (блок Excitation System).

Рис.1.11. - Модель електромеханічної системи потужністю 220 MVA

Засоби комп'ютерного моделювання, укладені в бібліотеках пакету Matlab, з успіхом можуть використовуватися для вирішення світлотехнічних задач. Однієї з найбільш важливих проблем у галузях, пов'язаних з енергоспоживанням, є економія електричної енергії. Споживання електроенергії освітлювальними установками (ОУ) складає приблизно 15% від її світового видобутку. Ця величезна цифра щорічно збільшується і тому завдання економії енергоресурсів виходить на перший план. Існує кілька напрямків економії електроенергії в освітлювальних установках, пов'язаних з розробкою і впровадженням енергоекономічних джерел світла, із застосуванням нових і світлоперерозподільних відбиваючих покрить у виробництві світлових приладів. Значну економію електроенергії в ОУ можна одержати, правильно вибравши систему освітлення на проектній стадії. Але найбільший ресурс економії містять у собі системи автоматичного керування світловим потоком джерел світла в ОУ. Подібні системи враховують не тільки штучне, але й природне освітлення і реагують на їх коливання. За принципом дії системи автоматичного керування ОУ розділяються на дискретні й безупинні. На відміну від безупинних САУ, що підтримують необхідний рівень освітленості на робочій поверхні протягом доби, дискретні системи відключають ОУ чи її частину залежно від рівня природної освітленості.

За допомогою засобів пакету Matlab і розділів Simulink, Power System Blockset можна створювати моделі САУ освітлювальними установками як безупинної, так і дискретної дії.



Бібліотека Simulink


Бібліотека Simulink являє собою набір візуальних об'єктів, використовуючи які можна досліджувати практично будь-яку систему автоматичного регулювання. Для багатьох блоків бібліотеки існує можливість настроювання параметрів. Параметри настроювання відбиваються в панелі вікна настроювання обраного блоку.

Бібліотека Simulink розбита на вісім розділів:

1) Continuous – безупинні блоки. Найбільш широко використовуються для моделювання системи керування електроприводом.

2) Discrete – дискретні блоки. Містять у собі різні елементи дискретних систем керування.

3) Functions & Table – функції і таблиці.

4) Math – бібліотека математичних функцій.

5) Nonlinear – нелінійні блоки.

6) Signals & Systems – сигнали і системи.

7) Sinks – візуальні прилади для спостереження і реєстрації процесів.

8) Sources – джерела сигналів.


Складні моделі можуть бути розбиті на окремі рівні, де на кожному рівні знаходяться свої підрівні. У цьому випадку застосовуються блоки підсистеми (Subsystem). Подібні поділи структурують модель і роблять її наочніше.

На рис.11.2 наведена модель дискретної САУ освітлювальної установки, що являє собою три ряди світильників з лампами розжарювання, які живляться від різних фаз мережі. Блоки Sine Wave і Band-Limited імітують добову зміни природної освітленості. Крива добової зміни освітленості являє собою параболічну функцію з яскраво вираженими стрибками освітленості, пов'язаними зі змінами погоди. Блоки 2 являють собою датчики освітленості, що регулюються на три критичних рівні.

Блок Delay Device являє собою підсистему, що містять логічні оператори. Функція цього блоку – виконувати необхідну затримку спрацьовування комутуючої апаратури, відхиляючи помилкові спрацьовування. Помилкові відключення і включення освітлення є не тільки причиною зорового дискомфорту, але й негативно впливають на термін служби джерел світла.

У модель ще включена вимірювальна підсистема, що стежить за зміною струму і напруги у фазах навантаження, а також здійснює облік споживаної електроенергії. Дані про виміри демонструють візуальні вимірювальні прилади.



Рис.11.2 - Модель дискретної САУ ОУ


Основною ланкою системи керування є підсистема Delay Device, робота над створенням якої є творчим процесом і вимагає спеціальних знань в області мікропроцесорної техніки.






База даних захищена авторським правом ©lecture.in.ua 2016
звернутися до адміністрації

    Головна сторінка