CC BY
938
Судовые энергетические установки, устройства и системы, технические средства судовождения, электрооборудование судов
УДК 621.3
И.А. Корниенко
Дальневосточный государственный технический рыбохозяйственный университет,
690087, г. Владивосток, ул. Луговая, 52б
МОДЕЛИРОВАНИЕ ЭЛЕКТРОПРИВОДА ПОСТОЯННОГО ТОКА В ПРОГРАММНОМ ПАКЕТЕ MATLAB
Предложен пример использования современных компьютерных технологий в процессе обучения студентов.
Ключевые слова: двигатель постоянного тока независимого возбуждения, Matlab, Simulink.
I.A. Kornienko
MODELATION OF ELECTRICAL DC DRIVE IN THE MATLAB PROGRAM
Example of use modern computer technology in the learning process
Key words: independent excitation dc motor, Matlab, Simulink.
На сегодняшний день подготовка грамотных специалистов невозможна без применения новых форм обучения с использованием компьютерных технологий, базирующихся на современных прикладных программных продуктах.
Владение теорией электрических машин является высокой составляющей профессиональной подготовки специалиста по электрическим машинам и системам электроприводов.
Использование компьютерных технологий позволит расширить круг и глубину изучаемых вопросов, провести множество экспериментов с использованием виртуальных электрических машин, что благотворно скажется на уровне подготовки специалистов.
Система MATLAB (сокращение от MATrix LABoratory — матричная лаборатория) представляет собой интерактивную систему, предназначенную для выполнения инженерных и научных расчетов и ориентированную на работу с массивами данных.
Одной из наиболее привлекательных особенностей системы MATLAB является наличие в ней наглядного и эффективного средства составления программных моделей — пакета визуального программирования Simulink.
Пакет Simulink позволяет осуществлять исследование (моделирование во времени) поведения динамических линейных и нелинейных систем, причем составление «программы» и ввод характеристик систем можно производить в диалоговом режиме, путем сборки на экране схемы соединений элементарных звеньев. В результате такой сборки получается модель системы, называемая S-моделью. В качестве «кирпичиков» при построении S-модели применяются визуальные блоки (модули), которые сохраняются в библиотеках Simulink.
S-модель может иметь иерархическую структуру, т.е. состоять из моделей более низкого уровня, причем количество уровней иерархии практически не ограничено.
В пакете Simulink можно поставить опыт как на структурной модели двигателя постоянного тока (рис. 1), так и на виртуальной модели, которая имеется в библиотеке Simulink.
В структурной модели двигателя постоянного тока независимого возбуждения (далее ДПТ НВ) в качестве источников напряжения для цепи якоря и цепи возбуждения двигателя используются блоки Step, цепь якоря и цепь возбуждения реализованы на базе блоков Transfer Function и Gain, а ротор - на базе блока Intergrator (рис. 2).
55
Научные труды Дальрыбвтуза. Том 32
ISSN 2222-4661
Рис. 1. Структурная схема двигателя постоянного тока независимого возбуждения Fig. 1. Structural diagram of independent excitation dc motor
Рис. 2. Структурная модель ДПТ НВ в Simulink Fig. 2. Structural diagram of independent excitation dc motor in Simulink
Виртуальная модель ДПТ представляет собой блок, разделенный на три части: обмотка возбуждения (F+, F-), якорная цепь (А+, А-), механическая часть (TL, m). Это обстоятельство
делает возможным использование данного блока для моделирования как машины с последовательной обмоткой возбуждения, так и машины с независимым возбуждением.
Выход m представляет собой шину данных, по которой выводятся значения скорости, тока цепи якоря, тока возбуждения и электромагнитного момента.
На рис. 3 приведена пиктограмма виртуальной модели ДПТ (DC Machine), которая находится в библиотеке SimPowerSystems в разделе Machines.
На рис. 4 показана виртуальная модель ДПТ НВ с источниками питания цепей и различными измерительными блоками.
На рис. 5 показаны кривые переходных процессов, полученные в ходе эксперимента, проведенного на моделях при условиях: запуск на холостом ходу (MC = 0) с последующим набросом нагрузки (MC = МН). Кривые, полученные на структурной и виртуальной моделях, идентичны.
Для изучения статических характеристик ДПТ НВ можно создать модель, которая будет являться виртуальным аналогом лабораторной установки ДПТ - ДПТ (рис. 6).
Модель виртуальной установки ДПТ - ДПТ содержит две электрические машины постоянного тока. Одна машина, которая является моделью исследуемого двигателя, имеет нерегулируемые источники питания обмотки возбуждения и цепи якоря. Вторая имеет нерегулируемый источник питания обмотки возбуждения и регулируемый источник в якорной цепи.
Рис. 3. Блок DC Machine Fig. 3. DC Machine diagram
56
Судовые энергетические установки, устройства и системы, технические средства судовождения, электрооборудование судов
Электромагнитный момент DC Machine является нагрузкой на валу машины DC Machine 1, а электромагнитный момент машины постоянного тока DC Machine 1 служит нагрузкой на валу DC Machine.
Рис. 4. Виртуальная модель ДПТ НВ Fig. 4. Virtual model of independent excitation dc motor
а
б
Рис. 5. Переходный процесс: а - ю = f(t); б - I = f(t) при пуске ДПТ НВ на холостом ходу и последующем набросе нагрузки до МС = МН Fig. 5. Transition process: а - ю = f(t); б - I = f(t) at start-up excitation dc motor in idling and connection to load after
57
Научные труды Дальрыбвтуза. Том 32
ISSN 2222-4661
Рис. 6. Экспериментальные искусственные механические характеристики ДПТ НВ при различных значениях питающего напряжения в цепи якоря Fig. 6. Experimental mechanical characteristics of excitation dc motor at different values of supply voltage
При таком построении моменты обеих машин будут всегда (в установившемся режиме) равны и противоположны по знаку. Для задания скорости вращения исследуемой машины постоянного тока DC Machine машина DC Machine 1 управляется от регулируемого источника.
На рис. 6 показано семейство механических характеристик ДПТ НВ при различных значениях питающего напряжения в цепи якоря исследуемого двигателя.
Кроме экспериментов над ДПТ, в Simulink также можно поставить множество исследований с трехфазными двигателями, что в реальных лабораторных условиях требует колоссальных материальных затрат.
Список литературы
1. Герман-Галкин С.Г. Компьютерное моделирование полупроводниковых систем в MATLAB 6.0. - СПб.: КОРОНА принт, 2001. - 320 с.
2. Герман-Галкин С.Г. MATLAB & SIMULINK. Проектирование мехатронных систем на ПК. - СПб.: КОРОНА-ВЕК, 2008. - 368 с.
3. Лазарев Ю. Моделирование процессов и систем в MATLAB: учебный курс. - СПб.: Питер; Киев: Издательская группа DHV, 2005. - 512 с.
4. Ануфриев И.Е. MATLAB 7 / И.Е. Ануфриев, А.Б. Смирнов, Е.Н. Смирнова. - СПб.: БХВ - Петербург, 2005. - 1104 с.
5. Москаленко В.В. Электрический привод. - М.: Издательский центр «Академия», 2007. - 368 с.
Сведения об авторе: Корниенко Иван Анатольевич, ассистент, e-mail: korni enko.iv.an. [email protected].
58
