Факультет автоматики, информатики и электромеханики

Кафедра автоматизированного электропривода и промышленной электроники

МОДЕЛИРОВАНИЕ СИСТЕМ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО ЭЛЕКТРОПРИВОДА

Методические указания по выполнению лабораторных работ

Новокузнецк

2008

Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Сибирский государственный индустриальный университет»

Кафедра автоматизированного электропривода и промышленной электроники

МОДЕЛИРОВАНИЕ СИСТЕМ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО ЭЛЕКТРОПРИВОДА

Методические указания по выполнению лабораторных работ по дисциплине «Моделирование систем автоматизированного электропривода» для специальности 140604 – «Электропривод и автоматика промышленных установок и технологических комплексов» всех форм обучения

Новокузнецк

2008

УДК 42-38(075)

Т11

Рецензент

Кандидат технических наук, доцент, кафедры автоматизации и информационных систем СибГИУ Е. Н. Тараборина

Т11 Моделирование систем автоматизированного электропривода: Метод. указ. / Сост.: Т. В. Богдановская, С. А. Дружилов, А. С. Дружилов : СибГИУ. – Новокузнецк, 2008. – 35 с.

Приводятся методические указания к выполнению лабораторных работ по дисциплине «Моделирование систем автоматизированного электропривода».

Излагаются методы моделирования СУЭП на ЭВМ при помощи различных пакетов прикладных программ.

Рассматриваются различные методы моделирования систем управления (как по структурной схеме, так и по системе уравнений).

Приводятся необходимые сведения по применению пакета прикладных программ SIMULINK системы MATLAB а так же среды программирования Delphi 7.

Предназначены для студентов специальности 140604 – «Электропривод и автоматика промышленных установок и технологических комплексов» всех форм обучения, могут быть полезны студентам смежных электротехнических специальностей.

Введение

Целью данной методической разработки на примере лабораторных работ дать студентам основные навыки использования прикладных компьютерных программ при моделировании и исследовании, как самих электродвигателей, так и систем управления электроприводами.

В начале работы выделен раздел, в котором студентам даются общие сведения о компьютерном моделировании при помощи программной среды MatLab. По каждой лабораторной работе приведены краткие теоретические сведения и примеры, максимально разъясняющие порядок действий и цель данной работы. Приводится программа работы, рекомендации к ее выполнению и составлению отчета.

Для закрепления полученных знаний, расширения их, описание каждой лабораторной работы сопровождается списком контрольных вопросов. Ответив на вопросы, опираясь на результаты собственных исследований, а также на сведения, излагаемые в рекомендованной литературе, список которой помещен в конце лабораторного практикума, студент может провести самоконтроль своих знаний и подготовиться к защите проделанной лабораторной работы.

Возможны несколько вариантов моделирования системы автоматического управления: моделирование системы при помощи разностных уравнений, реализованных в какой-либо среде программирования; моделирование системы при помощи специализированных программ (например MATLAB) и др. Последний способ предполагает две различных реализации: при помощи моделирования по структурной схеме (использование MATLAB Simulink) или построение системы при помощи специальных функций (использование MATLAB Control System Toolbox).

Из всего множества способов моделирования в данных лабораторных работах приведены два основных, наиболее подходящих для моделирования СУЭП. Мы рассмотрим только способ моделирования по структурной схеме (как наиболее наглядный), и способ моделирования путём программирования системы уравнений (как наиболее быстродействующий).

Основные сведения о системе MatLab simulink

Система MatLab Simulink предназначена для моделирования различных систем по структурной схеме. Имеется возможность моделировать как по передаточным функциям, так и по силовым электрическим элементам, описывающимся сложными дифференциальными уравнениями (например асинхронный двигатель).

В данной системе предоставляется возможность проектировать собственные блоки, путём задания описания в виде дифференциальных уравнений с использованием М-функций. Это предоставляет проектировщику неограниченные возможности в создании моделей.

Для обеспечения работоспособности блоков, внутри которых приходится указывать переменные (например задавать коэффициенты в передаточной функции в общем виде) предусмотрен аппарат М-файлов. Данные файлы содержат в себе перечень всех переменных и инструкций, которые будут использованы в структурной схеме. Это позволяет легко изменять параметры элементов схемы, не вмешиваясь при этом в саму схему.

Далее мы рассмотрим основные блоки, необходимые при моделировании систем управления электроприводами.

Непрерывные блоки (Continuous)

Данная библиотека блоков содержит блоки, необходимые для моделирования аналоговых систем. Краткое описание данных блоков:

Integrator – аналоговый интегратор;

Derivate – звено аналогового дифференцирования;

Transfer Fсn – линейное аналоговое звено, заданное своей передаточной функцией;

State-Space – линейная аналоговая система, заданная в виде уравнений состояния, то есть в виде системы уравнений, представленной в форме Коши;

Zero-Pole – линейная; аналоговая система, заданная своими нулями и полюсами;

Memory – блок памяти, выполняющий задержку на один шаг модельного времени;

Transport Delay — блок памяти, выполняющий задержку, устанавливаемую в поле настройки;

Variable Transport Delay – блок памяти, с переменой задержкой.

Блок Transfer Fcn наиболее часто используются при моделировании систем управления. Передаточная функция линейного непрерывного звена автоматического регулирования в общем случае записывается в виде:

Коэффициенты числителя: этой функции a_i следует ввести в поле Numerator, начиная с коэффициента а_т при старшей производной. Аналогично заполняется поле знаменателя передаточной функции Denominator, начиная с коэффициента b_n.