книги / Практическое моделирование электротехнических систем и систем автоматики

нии кнопки выводится символ , и ей соответствует уже команда Pause (Приостановить моделирование); для возобновления моделирования следует щелкнуть по той же кнопке, поскольку в режиме паузы ей соответствует команда Continue (продолжить).

15 – Stop – закончить моделирование. Кнопка становится доступной после начала моделирования, а также после выполнения команды Pause.

16 – Normal/Accelerator – обычный/ускоренный режим расчета; инструмент доступен, если установлено приложе-

ние Simulink Performance Tool.

Запуск в работу созданной модели производится нажатием кнопки 14 на панели инструментов файла Untitled* (см. рис. 6). После этого запуска на экране регистратора Scope появится изображение графика, соответствующего рис. 7.

Рис. 7. Изменение во времени выходного сигнала модели

Мы рассмотрели принципы построения простейшей статической модели, входные параметры которой не меняются во времени. Теперь составим модель, в которой исходные парамет-

11

ры могут меняться через заданный промежуток времени. Такая модель представлена на рис. 8.

Рис. 8. Модель ступенчатого, дискретного изменения сигнала

В этой модели элементы Discrete-Time Integrator (сту-

пенчатый интегратор) и Saturation (ограничитель) устанавливаются аналогично из инструментального набора раздела Com-

monly Used Blocks.

Элемент Multiport Switch (управляемый переключатель) устанавливается из инструментального набора в разделе Signal Routing. В окне установки параметров для этого элемента число

12

пассивных входов вышеописанным способом устанавливаем равным значению 5.

Аналогично раскрываем окно установки параметров для элемента Saturation, в котором его нижний предел (Lower Limit) устанавливаем равным 1, а верхнему пределу (Upper Limit) определяем значение, равное 5. В результате этого эле-

менты Constant и Discrete-Time Integrator будут формировать ступенчатый единичный сигнал только в диапазоне от 1 до 5 с. Этот сигнал регистрируется элементом Scope1 и передается на управляющий вход переключателя Multiport Switch. На пассивные входы этого переключателя подаются дискретные сигналы с соответствующих элементов типа Constant, каждому из которых задается определенное значение. В результате этого на вход регистрирующего элемента Scope через каждую секунду подается ступенчатый сигнал, амплитуда которого соответствует величине константы, подключенной к этому регистратору в соответствующий момент времени.

Изменение входного и выходного сигналов этой модели регистрируют соответствующие элементы Scope.

Построим модель ветвления двух синусоидальных процессов с разной частотой колебания. Оба этих процесса формируются элементом Sine Wave, который находится в разделе Sourses. Для новой модели создадим очередной файл Untitled1* и поместим на его рабочем поле элемент Sine Wave. Создадим копию этого элемента. Из этого же раздела установим на поле модели элемент Pulse Generator. Элементы Switch, Mux и Scope устанавливаем в модель из раздела

Commonly Used Blocks.

Установив курсор на контур первого элемента Sine Wave, двойным щелчком левой клавиши «мыши» раскрываем окно установки его параметров, где параметру Amplitude присваиваем значение 2, а параметр Frequency должен быть равен числу 3. Аналогично для второго элемента Sine Wave эти параметры со-

ответственно равны Amplitude = 2, Frequency = 0,5.

13

В этой модели элемент Switch реализует функцию ветвления, так как по заданному условию подключает к своему выходу один из элементов его входа. В нашей модели входными сигналами этого элемента являются синусоиды, которые формируются соответствующим элементами. Каждая из этих синусоид отличается только периодом колебания. Условия ветвления элемента Switch формируются в окне установки его параметров. Если встроке Threshold этого окна установить 1, то к выходу этого элемента подключается верхний выходной сигнал и наоборот. Параметры элемента Pulse Generator устанавливаются аналогично. Для этого в окне установки его параметров в строке Period нужно записать число 8 (период сигнала 8 ске). Амплитуда сигнала остается на единичном уровне. Если соединить указанные элементы согласно схеме, представленной на рис. 9, то в результате получим модельвыбора одногоиз двухсигналовпозаданному условию.

Рис. 9. Модель выбора одного из двух сигналов по заданному условию

14

После запуска в работу этой модели на экране элемента Scope должен появиться график, показанный на рис. 9. Анализ этого графика показывает, что в момент перехода сигнала управления (сигнал элемента Pulse Generator) с одного уровня на другой на выходеэлементаSwitch меняетсячастотасинусоидального сигнала.

Построим более сложную модель с использованием элементов памяти и источников синусоидального сигнала. Для этого уже известным способом откроем новый файл Untitled2* и на его рабочем поле, как и прежде, установим элементы: Constant, Discrete-Time Integrator Saturation и три элемента Sine Wave. Для элемента Discrete-Time Integrator параметр Sample Time

установим равным 2. Для элемента Saturation. параметр Lower Limit = 1, а параметр Upper Limit = 3. Для элементов Sine Wave

установим соответственно Amplitude1 = 3, Frequency1 = 5, Am-

plitude2 = 2, Frequency2 = 3 и Amplitude3 = 1, Frequency3 = 1.

После этого на рабочем поле файла Untitled2* из инструментального набора в разделе Signal Routing выберем и установим элемент Multiport Switch. Число пассивных входов для него остается равным 3.

Аналогичным образом из инструментального набора в разделе Signal Routing выберем и установим элементы памяти Goto и From. Элемент Goto предназначен для записи информации в память. Его подключаем к выходу элемента Multiport Switch. Считывание информации из памяти выполняется элементом From. Сигнал с этого элемента поступает на блок Scope.

Общий вид построенной модели показан на рис. 10. После запуска в работу этой модели на экране регистратора Scope появится график моделируемого процесса, представленный на этом же рисунке. Анализ характера изменения сигнала этой модели указывает на его дискретное изменение через 2 с как по частоте, так и по амплитуде.

В библиотеке Simulink программного пакета МАТLAB предусмотрена возможность одновременного вывода на экран

15

регистратора Scope нескольких сигналов. Продемонстрируем эту возможность на модели, схема которой представлена на рис. 11.

Рис. 10. Модель записи в память и считывания сигнала из памяти

Одновременный вывод нескольких сигналов на экран регистратора Scope возможен по двум вариантам.

Независимо от варианта вывода сигнала в этой модели сигналы от разных элементов типа Sine Wave поступают на элемент 1 (Mux), который объединяет несколько входных сиг-

16

налов в один выходной. Количество входных сигналов этого элемента может быть выбрано через меню настройки. Для этого необходимо, установив курсор на контур этого элемента, дважды щелкнуть левой клавишей «мыши». При этом в строке Number Inputs раскрывшегося окна нужно записать необходимое числовходных каналов(внашемслучае этотпараметр равен 3).

Рис. 11. Вариантыодновременного выводанесколькихсигналов

В первом варианте одновременного вывода нескольких сигналов выходной канал элемента Mux нужно соединить на-

17

прямую с входом элемента Scope1. В этом случае при запуске программы каждый из сигналов будет отображен на экране регистратора отдельным цветом, среди которых желтый сигнал относится к первому входному каналу, фиолетовый ко второму и голубой к третьему.

Во втором варианте выходной канал элемента Mux соединяется с входным каналом элемента 2 (Demux), который делит входной сигнал на несколько выходных сигналов, каждый из которых подается на соответствующий вход регистратора Scope. При этом этот регистратор должен иметь такое же количество входов. Для изменения числа входов регистратора Scope нужно установить курсор на позиции 1, расположенной на кон-

туре этого регистратора, и, дважды щелкнув по ней левой клавишей мыши, раскрыть окно установки параметров регистратора. В позиции Number of axes нужно установить число входов, равное числу выходовэлемента Demux.

При этом число экранов регистратора Scope становится равным заданному числу. Каждый вход регистратора Scope соединяется с соответствующим выходом элемента Demux.

1.3. СОЗДАНИЕ МОДЕЛЕЙ ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИХ СИСТЕМ

Для создания модели электротехнических систем в пакете МАТLAB необходимо в окне разделов библиотеки Simulink (см. рис. 2) раскрыть ее раздел SimPowerSystems (SPS), который имеет семь основных подразделов:

Application Libraries – библиотека приложений;

♦Electrical Sources – источники электрической энергии;

♦Elements – электротехнические элементы;

♦Extra Library – библиотека экстренных обращений;

18

♦Machines – электрические машины;

♦Measurements – измерительныеиконтрольныеустройства;

♦Power Electronics – устройства силовой электроники. Методика создания SPS-модели ничем не отличается от ме-

тодики создания модели на основе базовой библиотеки Simulink. Так же, как и для обычной Simulink-модели (S-модели), необходимо выполнить расстановку блоков на схеме, задать их параметры, соединить блоки и установить параметры расчета модели в целом. Для SPS-моделей доступны ускоренный режим расчета и все возможности Simulink, включая набор инструментов Simulink Performance Tools, линейный анализ, отладчик и т.д. Однако SPS-модели имеютинекоторые особенности:

1.Входы и выходы SPS-блоков, в отличие от блоков Simulink, не показывают направление передачи сигнала, поскольку фактически являются эквивалентами электрических контактов. Таким образом, электрический ток может через вход или выход блока протекать в двух направлениях: как вовнутрь блока, так и наружу.

2.Соединительные линии между блоками являются, по сути, электрическими проводами, по которым ток может протекать также в двух направлениях. В Simulink-моделях же информационный сигнал распространяется только в одном направлении – от выхода одного блока к входу другого.

3.Simulink-блоки и SimPowerSystems-блоки не могут быть непосредственно соединены друг с другом. Сигнал от S-

блока можно передать к SPS-блоку через управляемые источ-

ники тока или напряжения, а наоборот, – с помощью измерителей тока или напряжения.

Методику создания SPS-модели рассмотрим на следующем примере.

Задача: составить SPS-модель цепи постоянного тока, которая замыкается управляемым выключателем. Схема такой модели показана на рис. 12.

19