книги / Моделирование электротехнических систем и систем автоматики

вающими свойства этих объектных модулей. Подпрограммы этих модулей встраиваются в общий алгоритм модели, представленный на рис. 39. Обращение к этим подпрограммам производится из общего алгоритма этой модели.

Рис. 39. Структура алгоритма работы модели шахтного водоотлива

В этой модели каждому объектному модулю (элементу) присвоены уникальные имена, которые представлены ниже:

81

Алгоритм построен в форме бесконечного цикла. После запуска этого алгоритма включается в работу блок вычисления параметра Uroven = uroven + pritok, по которому уровень наполнения водосборника водой возрастает пропорционально времени и величине водопритока. При этом величина водопритока формируется объектным модулем 6 Slider и постоянно контролируется модулем 8 Meter. Кроме того, этот уровень отражается графически в форме окрашенного прямоугольника (объект 2), площадь которого изменяется пропорционально параметру Рritok. Время наполнения водосборника дискретно возрастает в соответствии с заданной величиной приращения.

В циклическом процессе наполнения водосборника проверяется условие его переполнения выше отметки 3000. Если такое переполнение произойдет, то лампа контроля нижнего

82

уровня воды в водосборнике должна загореться красным цветом, при этом параметр Krasniy=1. Эта лампа гаснет, если уровень воды будет ниже этой отметки 3000.

После того как нижняя лампа загорится красным цветом, водосборник будет наполняться пропорционально притоку. В нашей задаче уровень наполнения водосборника не должно превышать значения 12000. Как только этот уровень будет достигнут, лампа контроля верхнего уровня загорится зеленым цветом (т.е. переменная Zeleniy = 1), при этом включается в работу насос, а соответствующий параметр принимает единичное зна-

чение (Rabota = 1).

При включении в работу насоса уровень воды в водосборнике поддерживается взаимодействием сразу двух про-

граммных процессов – «Uroven = uroven + pritok» и «Uroven = = uroven – rasxod», при этом если величина параметра rasxod будет превышать величину параметра pritok, то уровень воды будет снижаться. При равенстве этих параметров он будет постоянным, а если pritok будет превышать rasxod, то уровень, соответственно, будет повышаться.

При работе насоса лампа контроля верхнего уровня продолжает гореть зеленым цветом. Эта лампа отключается вместе с насосом, если уровень воды в водосборнике опустится ниже отметки 2000.

При отключении насоса водосборник опять наполняется водопритоком до верхней отметки. Такой цикл работы модели может продолжаться бесконечно.

В рассмотренном нами примере объектные модули выполняют только функции ввода исходных параметров и вывода результата моделирования, при этом промежуточные операции этого процесса выполнялись традиционным аналитическим способом.

Рассмотрим теперь другой пример, в котором весь процесс моделирования осуществляется в имитационной модели с помощью объектных модулей.

83

Задача. Составить модель и исследовать процесс работы мостового однофазного выпрямителя.

Поставленную задачу моделирования можно решить в нескольких вариантах. Имитационная модель этой задачи может быть составлена на основе инструментальных средств двух программных пакетов. Один из этих пакетов Electronics Workbench, а другой пакет МАТLAB с приложением

SimPowerSystems (SPS).

Схема модели однофазного мостового выпрямителя, выполненная в программном пакете Electronics Workbench, показана на рис. 40.

Рис. 40. Схема модели однофазного мостового выпрямителя

Программный пакет Electronics Workbench позволяет создавать имитационные модели, выполненные в форме электрических схем. Для создания модели мостового выпрямителя из инструментальных средств этого пакета на рабочее поле создаваемой модели выносятся следующие элементы (объектные модули):

1) источник сигнала переменного напряжения (100 V,

60 Hz/0);

84

2)диод;

3)конденсатор (1000 mF);

4)резистор (500 Ohм);

5)заземление;

6)осциллограф (Oscilloscope).

Всем этим модулям задаются необходимые параметры. Для регистрации результата моделирования (выходного сигнала выпрямителя) в модели используется объектный модуль «осциллограф», рабочая панель которого в раскрытом варианте полностью совпадает с панелью реального осциллографа (рис. 41).

Рис. 41. Рабочая панель объектного модуля «осциллограф»

После запуска в работу этой модели на экране осциллографа появятся графики (рис. 42) входного и выходного сигналов модели. Для того чтобы эти графики не накладывались друг на друга, входной сигнал 1 смещен вниз по экрану на 150 V. Для этой цели на панели осциллографа предусмотрено меню настройки (Y position) для установки величины этого смещения.

Аналогичную модель однофазного мостового выпрямителя можно создать инструментальными средствами приложения

SimPowerSystems (SPS) программного пакета МАТLAB. Такая модель имеет вид, показанный на рис. 43.

85

Рис. 42. Графики изменения во времени входного 1 и выходного 2 сигналов в модели мостового выпрямителя

Рис. 43. Схема модели однофазного мостового выпрямителя

В этом варианте модель состоит из следующих объектных модулей:

1) источник сигнала переменного напряжения 100 V,

60 Hz/0 (модуль AS Voltage Source);

86

2)диодный мост (модуль Universal Bridge);

3)конденсатор 1000 mF (модуль Parallel RLC Branch);

4)резистор 500 Ohм (модуль Parallel RLC Branch1);

5)элемент контроля напряжения в сети (модуль Voltage Measurement);

6)осциллограф (модуль Scope).

В этой модели объектный модуль AC Voltage Source является источником однофазного переменного напряжения, один из полюсов которого подсоединяется к входу А мостового выпрямителя, а другой полюс подсоединен к положительному выходу этого выпрямителя. Функцию мостового выпрямителя в этой модели выполняет модуль Universal Bridge, к выходу которого подключается нагрузочный резистор Parallel RLC Branch1. Этот элемент выполняет в модели роль активной нагрузки. Другой объектный модуль Parallel RLC Branch, запрограммированный на функцию конденсатора С, выполняет роль нагрузочного фильтра, сглаживая колебания выходного сигнала модели.

Особенностью этой модели является то, что ее элементы через специальные линии связи объединяются в электрическую сеть. Сигналы этой сети не могут непосредственно подаваться для регистрации на осциллограф Scope.

Связующим элементом между сигналами сети и входом модуля Scope служит объектный модуль Voltage Measurement, с помощью которого сигнал напряжения в сети преобразуется в форму, способную к восприятию осциллографом Scope. В свою очередь, модуль Scope должен быть запрограммирован на двухэкранную форму восприятия сигналов. На один из этих экранов поступает сигнал с входа выпрямителя, другой экран регистрирует выходной сигнал этого выпрямителя.

87

Рис. 44. Графики изменения во времени входного и выходного сигналов в модели мостового выпрямителя

После запуска модели в работу на экранах осциллографа появятся графики (рис. 44) входного и выходного сигнала модели.

7.4.Принципы применения объектных модулей

ваналитических моделях

Ваналитических моделях модульные объекты могут быть использованы как элементы реализации математических, логических и специальных функций, а также для обеспечения необходимого направления следования алгоритма модели. Применение некоторых объектных модулей в аналитических моделях рассмотрим на примере следующей задачи моделирования.

Задача. Создать в программном пакете MATLAB аналитическую модель для исследования зависимости характера выходного сигнала в системе последовательного соединения апериодического и колебательного звена при различных значениях параметров этого соединения. Функциональная схема такого соединения показана на рис. 45.

88

Рис. 45. Функциональная схема последовательного соединения апериодического и колебательного звена

Параметр U2 в этой математической модели является параметром сопряжения двух динамических звеньев. Поэтому он одновременно присутствует в двух уравнениях, которые описывают математическую модель этой динамической системы ,

Для разработки аналитической модели этой системы используем программный пакет МАТLAB (Matrix Laboratory) и его библиотечное приложение Simulink. Структура аналитической модели системы, составленная в указанном программном пакете, показана на рис. 46.

89

Рис. 46. Структура аналитической модели соединения динамических звеньев

Алгоритм этой модели составлен из набора функциональных блоков (модулей), каждый из которых выполняет определенную функцию при решении системы уравнений (62) этой аналитической модели.

Так, для формирования выходного сигнала U2 апериодического звена использован модуль Integrator1, на вход которого через суммирующий модуль одновременно подаются два сигнала. Оба этих сигнала, в свою очередь, являются выходными сигналами модулей умножения Prodauct и Prodauct1. Первый из этих модулей умножает входной параметр U1, который формируется модулем Constant2, на коэффициент К1 и подает его на отрицательный вход сумматора. Второй из этих модулей умножает значение коэффициента К1, который формируется модулем Constant1, на сигнал обратной связи U2 и передает его на положительный вход сумматора. Коэффициент К1 для каждого из модулей Prodauct задается соответственно модулями Constant1 и Constant3. Результат вычисления параметра U2 выводится в форме графика модулем Scope.

90