Учебное пособие Номер государственной регистрации электронного издания в фгуп нтц информрегистр 0321300817
 Скачать 6.46 Mb.
|
|
Выделение объектов. Для выполнения какого-либо действия с элементом модели (блоком, соединительной линией, надписью) этот элемент необходимо сначала выделить. Выделение объектов осуществляется мышью. Для этого необ- ходимо установить курсор на нужном блоке и щелкнуть левой кла- вишей мыши. Произойдет выделение объекта. Об этом будут сви- детельствовать маркеры по углам объекта (рис. 1.12). Рисунок 1.12 – Выделение объектов Можно также выделить несколько объектов. Для этого надо установить курсор мыши вблизи группы объектов, нажать левую 22 клавишу мыши и, не отпуская ее, перемещать мышь. Появится пунктирная рамка, размеры которой будут изменяться при пере- мещении мыши. Все охваченные рамкой объекты становятся выде- ленными. Выделить все объекты также можно, используя команду Edit/Select All. После выделения объекта его можно копировать или перемещать в буфер промежуточного хранения, извлекать из буфе- ра, а также удалять, используя стандартные приемы работы в Win- dows-программах. Копирование и перемещение объектов в буфер промежуточ- ного хранения. Для копирования объекта в буфер его необходимо предварительно выделить, а затем выполнить команду Edit/Copy или воспользоваться инструментом 6 (рис. 1.10) на панели инструментов. Чтобы вырезать объект в буфер обмена, его необходимо предвари- тельно выделить, а затем выполнить команду Edit/Cut или восполь- зоваться инструментом 5 (рис.1.10) на панели инструментов. При вы- полнении данных операций следует иметь в виду, что объекты поме- щаются в собственный буфер MATLAB и недоступны из других приложений. Использование команды Edit/Copy model to Clipboard позволяет поместить графическое изображениемодели в буфер обме- на Windows и, соответственно, делает его доступным для остальных программ. Копирование можно выполнить по-другому: нажать правую кла- вишу мыши и, не отпуская ее, переместить объект. При этом будет создана копия объекта, которую можно переместить в нужное место. Вставка объектов из буфера промежуточного хранения. Для вставки объекта из буфера промежуточного хранения необходимо предварительно указать место вставки, щелкнув левой клавишей мыши в предполагаемом месте вставки, а затем выполнить команду Edit/Paste или воспользоваться инструментом 7 (рис. 1.10)на панели инструментов. Удаление объектов. Для удаления объекта его необходимо предварительно выделить, а затем выполнить команду Edit/Clear или воспользоваться клавишей Delete на клавиатуре. Следует учесть, что команда Clear удаляет блок без помещения его в буфер обмена. Од- нако эту операцию можно отменить командой меню File/Undo. Изменение размеров блоков. Для изменения размера блока он выделяется, после чего курсор мыши надо установить на один из маркеров по углам блока. После превращения курсора в двусторон- нюю стрелку необходимо нажать левую клавишу мыши и растянуть 23 (или сжать) изображения блока. Размеры надписей блока при этом не изменяются. Перемещение блоков. Любой блок модели можно переместить, выделив его и удерживая нажатой левую клавишу мыши. Если к входам и к выходам блока подведены соединительные линии, то они не разрываются, а лишь сокращаются или увеличива- ются в длине. В соединение можно также вставить блок, имеющий один вход и один выход. Для этого его нужно расположить в требуе- мом месте соединительной линии. Использование команд Undo и Redo. В процессе создания мо- дели пользователь может совершить случайные действия, которые требуют отмены (например, случайное удаление части модели, нало- жение объектов при копировании и т. д.). Отменить последнюю опе- рацию можно командой Undo – отмена последней операции (эту же команду можно вызвать с помощью кнопки 11 (рис. 1.10) в панели инструментов окна модели) или из меню Edit. Для восстановления отмененной операции служит команда Redo (инструмент 12 (рис.1.10)). Форматирование объектов. В меню Format (так же, как и в контекстном меню, вызываемом нажатием правой клавиши мыши на объекте) находится набор команд форматирования блоков. Ко- манды форматирования разделены на несколько групп. 1. Изменение отображения надписей: Font – форматирование шрифта надписей и текстовых блоков; Text alignment – выравнивание текста в текстовых надписях; Flip name – перемещение подписи блока; Show/Hide name – отображение или скрытие подписи блока. 2. Изменение цветов отображения блоков: Foreground color – выбор цвета линий для выделенных блоков; Background color – выбор цвета фона выделенных блоков; Screen color – выбор цвета фона для всего окна модели. 3. Изменение положения блока и его вида: Flip block – зеркальное отображение относительно вертикаль- ной оси симметрии; Rotate block – поворот блока на 90º по часовой стрелке; Show drop shadow – показ тени от блока; Show port labels – показ меток портов. 4. Форматирование надписей. 5. Прочие установки: 24 Library link display – показ связей с библиотеками; Sample time colors – выбор цвета блока индикации времени; Wide nonscalar lines – увеличение/уменьшение ширины неска- лярных линий; Signal dimensions – показ размерности сигналов; Port data types – показ данных о типе портов; Storage class – класс памяти (параметр, устанавливаемый при работе, Real-Time Workshop); Execution order – вывод порядкового номера блока в последовательности исполнения. 1.2.3 Управление параметрами моделирования Имитационное моделирование режима работы схемы будет вы- полняться правильно только в случае, если предварительно задать (настроить) параметры моделирования (расчета). Доступ к этим па- раметрам возможен из меню модели Simulation/Configuration Parameters. Окно настройки параметров управления расчетом приве- дено на рисунке 1.13. В левой части панели управления находится список групп на- страиваемых параметров. При выборе какой-либо группы параметров в левой части окна появляется панель, позволяющая изменять пара- метры данной группы. Установка параметров моделирования выпол- няется с помощью элементов управления, размещенных в панели Solver [Решатель] – Вкладка позволяет устанавливать параметры ре- шающего устройства. Параметры разделены на две группы – Simulation time и Solver options (рис. 1.13). Simulation time: [Интервал моделирования или время расчета]. Время расчета задается указанием начального (Start time) и конечно- го (Stop time) значений времени расчета. Начальное время чаще всего принимается равным нулю. Величина конечного времени задается пользователем исходя из условий решаемой задачи (при первом за- пуске схемы имеет смысл задавать интервал времени как можно меньше во избежание неоправданных потерь времени на отладку модели, следует также помнить, что время моделирования – вели- чина условная). Solver options:[Параметры решателя]. Здесь задаются две оп- ции: тип решения и метод решения. Во-первых, необходимо указать 25 метод интегрирования (Туре): либо с фиксированным (Fixed-step), либо с переменным (Variable-step) шагом. Как правило, Variable- step используется для моделирования непрерывных систем, а Fixed- step – для дискретных. Лучшие результаты, как правило, дает метод решения с переменным шагом, т.е. при медленном изменении про- цесса шаг увеличивается, а при быстром уменьшается. В системе MATLAB имеется возможность выбора одного из 7 методов численного интегрирования, характеристика которых приве- дена в таблице 1.1. Рисунок 1.13 – Фрагмент окна настройки параметров управления расчѐтом Содержимое панели Configuration Parameters может меняться в зависимости от выбранного метода интегрирования и решателя. Основные параметры решателей для разных методов интегрирования приведены ниже: Мах step size – максимальный шаг интегрирования. По умолча- нию устанавливается автоматически (auto), и его значение в этом случае равно (StopTime - StartTime)/50. Если это значение окажется 26 слишком большим, то наблюдаемые графики представляют собой ломаные, а не плавные линии. В этом случае величину максимально- го шага необходимо задавать явным образом; Min step size – минимальный шаг интегрирования; Initial step size – начальное значение шага интегрирования; Zero crossing control – контроль пересечения нулевого уровня. Значение параметра выбирается из списка: Use local setting (Исполь- зовать настройки блоков), Enable on (Включить для всех блоков), Disable on (Выключить для всех блоков). Параметр позволяет управ- лять точностью расчета при пересечении сигналами нулевого уровня. При отключении Zero crossing con может быть существенно повыше- на скорость расчета, но будет снижена точность; Relative tolerance – относительная погрешность; Absolute tolerance – абсолютная погрешность; Fixed step size – фиксированный шаг расчета. Параметр досту- пен при выборе метода интегрирования с фиксированным шагом. Таблица 1.1 – Методы численного интегрирования, доступные в программе MATLAB Обозначение и название метода Область применения ode45 Одношаговые явные методы Рунге- Кутта 4-го и 5-го порядков Наиболее часто употребляе- мый метод, использует разные порядки точности для контро- ля шага интегрирования ode23 Одношаговые явные методы Рунге- Кутта 2-го и 3-го порядков При низких требованиях к точности или для решения умеренно жестких задач ode113 Многошаговый метод Адамса- Башфорта-Мултона переменного порядка При высоких требованиях к точности и для решения задач со сложными правыми частя- ми ode15s Многошаговый метод переменного порядка, использующий формулы численного дифференцирования Если алгоритм ode45 сходится медленно ode23s Одношаговый метод, использующий формулу Розенброка 2-го порядка При низких требованиях к точности ode23t Метод трапеций с интерполяцией Для решения умеренно жестких задач ode23tb Неявный метод Рунге-Кутта в нача- ле решения и метод, использующий формулы обратного дифференциро- вания 2-го порядка в последующем При низких требованиях к точности 27 1.2.4 Запуск, выполнение и завершение моделирования Запуск расчета выполняется с помощью выбора пункта меню Simulation/Start или инструмента, изображенного в виде черного тре- угольника на панели инструментов (кнопка 13 на рисунке 1.10). В процессе выполнения расчета эта кнопка приобретает вид Процесс расчета можно завершить досрочно, выбрав пункт меню Simulation/Stop или инструмент, изображенный в виде черного квад- ратика (кнопка 14 на рисунке 1.10). Расчет можно остановить (Simulation/Pause) и затем продолжить (Simulatior/Continue). После создания и отладки модели для последующего использо- вания ее необходимо сохранить в виде файла, выбрав пункт меню File/Save As... в окне модели и указать папку и имя файла. Имя файла должно начинаться с буквы и не может содержать символы кирилли- цы и спецсимволы, кроме подчеркивания. Модель записывается в ви- де файла с расширением mdl. При повторных запусках программы Simulink загрузка схемы осуществляется с помощью меню File/Open из окна обозревателя библиотеки или из командного окна системы MATLAB. Для завершения работы необходимо после сохранения модели в файле закрыть окно модели, окно обозревателя библиотек, а также командное окно пакета MATLAB 1.3 Единицы измерения, используемые при моделировании электротехнических устройств в пакетах Simulink и SimPowerSistems Для указания параметров моделей элементов системы электро- снабжения и физических единиц для их измерения в программе MATLAB используется система абсолютных единиц, обозначения для которой приведены в таблице 1.2. Здесь же в скобках даны обо- значения, принятые в отечественной литературе. При задании параметров блоков электротехнических элементов могут использоваться абсолютные (именованные) и относительные единицы (p.u. – о.е.). Общая формула для перехода к относительным единицам имеет вид , Y Y y б (1.1) где Y – значение физической величины (параметра, переменной и т.п.) в исходной системе единиц, например, в системе единиц СИ; 28 б Y – базисное значение физической величины, выраженное в той же системе единиц и принятое в качестве единицы измерения ве- личины Yв системе относительных единиц. При расчете в относительных единицах основными базисными единицами электрических величин, выбираются две независимые ве- личины: – б S – базисная мощность, равная номинальной активной мощ- ности устройства ( н S ); – б U –базисное напряжение, равное номинальному действую- щему значению напряжения питания устройства ( н U ). Все остальные электрические базисные единицы определяются через эти две величины. Например, базисный ток , U S I б б б (1.2) базисное сопротивление S U Z б 2 б б (1.3) Для цепей переменного тока должна задаваться базисная частота б f , равная, как правило, номинальной частоте питающего напряже- ния н f н f . Для асинхронной электрической машины дополнительно зада- ются базисная угловая скорость ( б ) и базисный момент б M P M б б б (1.4) Вместо момента инерции при задании параметров машины в от- носительных единицах используется инерционная постоянная , P J 5 , 0 H н 2 1 б (1.5) где J – момент инерции; 1 – угловая скорость вращения маг- нитного поля. Постоянная инерции выражается в секундах. Величина посто- янной инерции показывает, какое время вал электрической маши- ны будет вращаться под действием запасенной кинетической энер- гии во вращающихся частях машины при номинальной нагрузке. 29 Для машин большой мощности значение этой постоянной лежит в пределах 3 – 5 с. Для машин малой мощности эта величина мень- ше: 0,5 – 0,7 с. Таблица 1.2 – Единицы измерения в системе абсолютных единиц Параметр Обозначение Ед. измерения Time (время) second S (с) Length (расстояние) meter M (м) Mass (масса) kilogram kg (кг) Energy (энергия) joule J (Дж) Current (ток) ampere A (А) Voltage (напряжение) volt V (В) Active power (активная мощность ) watt W (Вт) Apparent power (полная мощность) volt-ampere VA (ВА) Reactive power (реактивная мощность) var var (вар) Impedance (полное сопротивление) ohm Ohm (Ом) Resistance (сопротивление) ohm Ohm (Ом) Inductance (индуктивность) henry H (Гн) Capacitance (емкость) farad F (Ф) Flux linkage (потокосцепление) volt-second V∙s (B∙c) Rotation speed (угловая скорость) radians per second rad/s (рад/с) revolutions per minute rpm (об/мин) Torque (момент) newton-meter N∙m (Н∙м) Inertia (момент инерции) kilogram-meter2 kg∙m 2 (кг∙м2) Friction factor (коэффициент трения) newton-meter- second N∙m∙s (Н∙м∙с) Расчет параметров блоков в именованных и относительных еди- ницах для моделирования систем электроснабжения в программе MATLAB по каталожным данным отечественных и зарубежных заво- дов-изготовителей оборудования для каждого элемента системы электроснабжения мы подробно рассмотрим в разделе 2. В программе имеется большое количество хорошо отработан- ных действующих моделей. Примеры моделей электротехнических устройств в рассматриваемой версии программы можно найти по ад- ресу:\MATLAB\R2008a\toolbox\physmodel\powersys\powerdemo. 30 Контрольные вопросы 1. Назовите назначение кнопок панели инструментов обозреват е- ля библиотеки блоков. 2. Опишите последовательность создания нового файла Simulink - модели. 3. Каким образом происходят добавление блоков в окно модели и редактирование их параметров? 4. Как выполняется соединение блоков в окне модели? 5. Назовите способы создания точек разветвлений соединитель- ных линий. 6. Перечислите основные элементы окна модели. 7. Перечислите названия и укажите назначение кнопок панели инст- рументов окна модели. 8. Какие методы интегрирования реализованы в программе MAT- LAB? Их достоинства и недостатки. 9. В каких случаях необходимо выбирать для решения системы дифференциальных уравнений методы с переменным шагом интегрирования? 10. Как установить интервал моделирования и параметры расчета модели? 11. Дайте понятие именованных (абсолютных) и относительных (ба- зисных) единиц. 12. Почему при выборе метода решения с переменным шагом интег- рирования необходимо задавать параметр «требуемая точность расчета»? 13. Как изменить параметры блока, заданные в программе по умол- чанию? 14. Какие величины выбираются в качестве базисных при расчете параметров в относительных единицах? 15. Как создать текстовую надпись в окне модели, какие шрифты ре- комендуются для ввода текстовых надписей и почему? 16. Как изменить цвет надписи блока и выполнить заливку блока для повышения наглядности модели? 17. Как осуществляется запуск модели на выполнение расчета? 18. Как с помощью опции Zero crossing control повысить скорость расчета при моделировании? 31 2 СХЕМЫ ЗАМЕЩЕНИЯ ЭЛЕМЕНТОВ СИСТЕМЫ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ И ИХ МОДЕЛИРОВАНИЕ В общем случае моделирование элементов системы электро- снабжения, возможно путем составления их математических моделей, которые применяются для решения той или иной задачи с различны- ми упрощениями. Точное описание элементов приводит к сложным вычислениям, неоправданным с точки зрения точности получаемых результатов. Поэтому при анализе систем электроснабжения прибе- гают к упрощениям, которые позволяют получить результаты расчета или моделирования в пределах заданной точности. В данном разделе мы рассмотрим модели элементов системы электроснабжения, осно- ванные на представлении их схемами замещения. Именно такой под- ход принят при моделировании элементов в программе MATLAB. Программа MATLAB является глубоко англоязычной програм- мой, в ней принято представление элементов схем замещения по ра- ботам американских авторов, которые, не изменяя сути происходя- щих в элементе процессов, имеют некоторые отличия от отечествен- ных представлений схем замещения. В данном разделе мы рассмотрим схемы замещения элементов системы электроснабжения принятые в отечественной литературе [13 – 20], сравним их со схемами замещения, принятыми в программе MATLAB, а также рассмотрим способы определения параметров схем замещения для моделирования в программе MATLAB по ката- ложным данным отечественных заводов-изготовителей. Схемой замещения элемента системы электроснабжения называет- ся его графическое изображение отображающее последовательность соединения всех его параметров. В схеме замещения электромагнит- ные (трансформаторные) связи обычно заменяются электрическими. Схема замещения может содержать ветви, узлы, контуры. Ветвь – участок электрической сети, в котором ток в любой точке имеет одно и тоже значение. Контур – замкнутый путь, состоящий из нескольких ветвей. Узел – точка соединения двух и больше ветвей. В зависимости от наличия контуров схемы бывают разомкнутые (без контуров) и замкнутые (при наличии хотя бы одного контура). Схема замещения может содержать продольные и поперечные элементы. 32 Продольные элементы – ветви, которые располагаются между двумя узлами и соединяют их (активные и реактивные сопротивления линий электропередачи, трансформаторов). Поперечные элементы – ветви, включенные между узлами схе- мы и нейтралью сети (землей). К ним относятся проводимости линий электропередачи на землю, проводимости ветви намагничивания трансформаторов, обуславливающие потери холостого хода. |