Р А З Д Е Л IX

КОМПЬЮТЕРНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ЭЛЕКТРОПРИ-ВОДОВ

1. Общие сведения о моделировании электро- приводов

2. Компьютерные технологии проектирования электроприводов

1. Общие сведения о моделировании электроприводов

Автоматизированные электроприводы получают все большее практическое применение во многих отраслях народного хозяйства и специальной технике: в машиностроении, металлургии, станкостроении, химической промышленности, робототехнике, самолетостроении, космической технике и др. Технические средства, используемые при создании подобных электроприводов, непрерывно совершенствуются, а технико-экономические требования, предъявляемые к ним, все более повышаются. Важным этапом разработки и исследования электроприводов является моделирование.

Современные автоматизированные электроприводы проектируются с широким привлечением теории оптимальных систем. Высокая размерность и нелинейность математических моделей, адекватно представленных в электромеханических объектах и в других блоках электроприводов, сложность алгоритмов требуют широкого применения ЭВМ.

Эксперимент, становящийся все более сложным и дорогим, требует специальных приемов постановки и обобщения результатов. Поэтому становятся необходимыми модели и моделирование, являющиеся основой для количественного и качественного описания [6].

Существует теория моделирования, в рамках которой приняты следующие основные термины:

Оригинал - объект, определенные свойства которого подлежат изучению.

Модель - вспомогательный объект (явление, техническое устройство, знаковое образование или иной условный образ), находящийся в определенном соответствии с оригиналом и способный замещать его в процессе исследования, давая о нем необходимую информацию.

Адекватность модели - соответствие модели реальному процессу или объекту.

Моделирование - изучение оригинала с помощью модели, основанное на соответствии определенных свойств модели свойствам оригинала.

Теория моделирования - наука о замещении оригиналов их моделями и исследовании свойств объектов с помощью моделей.

Таким образом, моделирование включает в себя построение модели, изучение ее и перенос полученных сведений на оригинал.

Из всего многообразия известных методов моделирования при моделировании электроприводов широко используются три метода:

1) физическое моделирование;

2) натурное моделирование;

3) математическое моделирование.

Физическим называют моделирование, осуществляемое на модели, в которой должна быть сохранена физика процессов реального объекта.

При физическом моделировании явления, происходящие в оригинале, могут воспроизводиться на моделях, имеющих другие геометрические или физические масштабы.

Например, физические модели электрических машин переменного тока могут быть построены в двух вариантах:

1) при различии геометрических масштабов - уменьшенная копия реальной машины при частоте оригинала;

2) при различии физических масштабов - электрическая машина при некоторой другой частоте с сохраненным или измененным масштабом времени.

Физическое моделирование подразделяется на временное; пространственное и пространственно-временное.

Натурное моделирование осуществляют на реальном объекте (оригинале) с последующей обработкой результатов на основе теории подобия. Натурное моделирование подразделяется на научный эксперимент; производственный эксперимент и комплексные испытания.

Математическим называют такое моделирование, при котором модель и оригинал различны по своей физической природе, но могут быть описаны одинаковыми по форме уравнениями [23]. Цель математического моделирования - определение количественных соотношений между отдельными параметрами реального объекта путем изучения функциональных зависимостей, содержащихся в математической модели.

Результатом математического моделирования являются параметры или функции, описывающие реальный объект.

Исторически сложилось, что в рамках математического моделирования первым появился аналитический метод. Позднее вычисления по аналитическим зависимостям производились с использованием ЭВМ.

Однако при анализе сложных систем с помощью только аналитических методов исследователь сталкивается со значительными трудностями, преодоление которых возможно ценой существенного упрощения модели либо на этапе ее построения, либо в процессе работы с ней [25].

В последние десятилетия математическое моделирование осуществляется с помощью персональных ЭВМ. В связи с этим довольно стремительно развивается имитационное моделирование, отличительная особенность которого заключается в том, что в модели сохраняется структура объекта. При имитационном моделировании на ПЭВМ может быть возложено не только решение математической модели, но и формирование ее. Это, в свою очередь, способствовало появлению «машинных» методов решения задач моделирования и исследования сложных систем.

Компьютерная математическая модель, основанная на математическом описании системы, может быть использована в процессе проектирования еще до создания реального образца системы с целью исследования различных ее характеристик. При имитационном моделировании модель ставится в те же условия и подвергается тем же внешним воздействиям, при которых будет работать реальная система.