3. Модернизация блока Fourier

В состав дополнительной библиотеки измерительных блоков входит блок Fourier, позволяющий измерить амплитуду и фазу гармонических составляющих сигнала. Для определения амплитуды и фазы гармоники в параметрах блока необходимо задать Fundamental frequency (базовую частоту) и Harmonic n (номер гармоники). На выходах блока формируется magnitude (амплитуда гармоники) и angle (фаза гармоники). На практике, исследователя довольно часто интересует не одна или небольшое число гармоник, а их достаточно широкий диапазон. Однако блок позволяет получить характеристики лишь одной гармоники. Это весьма неудобно при исследовании большого числа гармоник, поскольку число блоков Fourier, которые следует установить на схеме, будет равно числу исследуемых гармоник.

Для устранения этого недостатка можно модернизировать блок Fourier таким образом, чтобы в окне параметров задавать диапазон или вектор номеров гармоник, а на выходах иметь векторы амплитуд и фаз сигналов. Для модернизации блока необходимо сначала разорвать связь блока с библиотекой. Для этого требуется выделить блок и выполнить последовательность команд меню Edit/Link options/disable Link. После этого можно открыть блок командой Edit/Look under musk и приступить к редактированию. Новая схема блока показана на рис. 6.

Рис. 6

Суть модернизации заключается в том, что блоки в исходной версии, работающие со скалярами, заменяются блоками, выполняющими поэлементные матричные операции. Благодаря этому, в окне параметров блока становится возможным параметр Harmonic n (номер гармоники) задавать в виде вектора. На рис. 7 показан пример расчета гармонического состава сигнала, синтезированного из нескольких синусоидальных сигналов с разной амплитудой, частотой и фазой. Там же показаны результаты гармонического анализа, выполненные с помощью блока Powergui. Результаты расчета практически совпадают.

Рис. 7

Скачать пример (Spectr_1.zip)

4. Особенности блока Breaker

Часто начинающий пользователь для коммутации напряжения в моделях с источниками постоянного напряжения использует блок Breaker. Однако, при этом не учитывается тот факт, что Breaker предназначен для коммутации переменного тока. Его особенностью является то, что при снятии управляющего сигнала разрыв цепи происходит лишь при достижении током нулевого уровня. В цепях постоянного тока такого не наблюдается и ключ остается замкнутым при снятии управляющего сигнала. Рис. 8 иллюстрирует эту ситуацию. На рисунке показаны электрические цепи коммутируемые с помощью блока Breaker. При этом в одной из цепей используется источник переменного напряжения, а в другой - постоянного. На рисунке хорошо видно, что в первой цепи отключение нагрузки от источника происходит в момент спадания тока цепи до нуля, в то время как во второй цепи нагрузка остается подключенной к источнику, несмотря на отсутствие управляющего сигнала на ключе.

Рис.8 Работа блока Breaker в цепях постоянного и переменного тока

Скачать пример (Breaker.zip)

Для коммутации в цепях постоянного тока необходимо использовать блок Ideal Switch.

5. Моделирование выбега электродвигателя

В практических задачах моделирования электропривода часто встречается задача моделирования не только пуско-тормозных режимов, но и режима выбега электродвигателя при отключении питания. Для решения этой задачи необходимо после источников фазных напряжений поставить ключи ('Breaker' или 'Ideal Switch') и сформировать напряжения управления ключами (для размыкания ключей нужен нулевой сигнал). В параметрах ключей требуется задать очень большое сопротивление искрогасящей цепи (в 100-500 раз большее, чем сопротивление фазы АД), а емкость этой цепи можно задать inf (что соответствует отсутствию конденсатора).

Схема модели и графики ее работы показаны на рис. 9.

Рис.9 Запуск и выбег асинхронного двигателя

Скачать пример (ad_vibeg.zip)

6. Модель операционного усилителя

В некоторых случаях, работая с Simulink и SimPowerSystems, пользователю требуется не только отработать алгоритмы управления каким-либо устройством и проверить схемную реализацию системы управления. Аналоговые системы управления обычно реализуются с помощью операционных усилителей (ОУ). Однако в библиотеках SPS отсутствует модель такого устройства. В месте с тем, такую модель достаточно просто создать, используя стандартные блоки Simulink и SimPowerSystems.

Передаточная функция идеализированного операционного усилителя определяется выражением [1]:

,

где

K0 - коэффициент передачи ОУ на постоянном токе,

- постоянная времени первого полюса передаточной функции ОУ,

- частота единичного усиления.

В основу модели операционного усилителя (рис. 10) положен управляемый источник напряжения Controlled Voltage Source. Коэффициент передачи ОУ на постоянном токе (K0) задает усилитель Gain, на вход которого поступает разность входных напряжений усилителя. Блок передаточной функции Transfer Fcn задает частотные свойства операционного усилителя, а подсистема Subsystem обеспечивает ограничение выходного напряжения на уровне напряжений положительной и отрицательной полярностей, имитируя нелинейность характеристики реального усилителя вызванную конечной величиной напряжений питания.

Рис. 10

Схема подсистемы Subsystem приведена на рис. 11. Если сигнал на входе In подсистемы не выходит за предельные значений подаваемые на входы V+ (уровень напряжения ограничения положительной полярности) и V- (уровень напряжения ограничения отрицательной полярности), то входной сигнал проходит на выход подсистемы без изменений. В противном случае на выход проходит сигнал, задающий напряжение ограничения усилителя (положительный, если входной сигнал положительный и отрицательный, если входной сигнал отрицательный).

Рис. 11

Окно задания параметров:

Параметры блока:

Open-loop gain:

[Коэффициент усиления на постоянном токе].

Unity-gain bandwidth, Hz:

[Частота единичного усиления, Гц]. Значение частоты входного сигнала, при котором коэффициент усиления ОУ уменьшается до единицы. Этот параметр определяет максимально возможную полосу пропускания ОУ

Output voltage limits [Vmin Vmax]:

[Напряжения ограничения выходного напряжения]. Параметр задается в виде вектора, первый элемент которого задает положительный уровень ограничения, а второй - отрицательный.

Пример 1:

На рис. 12 показан пример использования ОУ для реализации колебательного звена. Операционный усилитель в данном примере включен по инвертирующей схеме и работает на линейном участке характеристики.

Рис. 12

Скачать пример (OU_Kolebat.zip)

Пример 2:

На рис. 13 показан пример реализации инвертирующего интегратора на операционном усилителе. В данном примере показан выход операционного усилителя на ограничения.

Рис. 13

Скачать пример (OU_Integrat.zip)

Пример 3:

На рис. 14 показан пример включения ОУ по неинвертирующей схеме. Коэффициент передачи усилителя в этом случае определяется выражением

.

При заданных значениях R1 = 2k и Rос = 5k, коэффициент усиления равен 3.5 .

Рис. 14

Скачать пример (OU_Non_invert.zip)