МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ

Запорізький національний технічний університет

МЕТОДИЧНІ ВКАЗІВКИ

до практичних робіт з дисципліни

“Моделювання систем електропостачання”

для студентів спеціальності 8.090603 "Електротехнічні системи електропостачання"

(рекомендації)

2011

Методичні вказівки до практичних робіт з дисципліни “Моделювання систем електропостачання” для студентів спеціальності 8.090603 "Електротехнічні системи електропостачання" (рекомендації)./ Укл.: А. П. Заболотний, Д. В. Федоша, В. С. Мамбаева, - Запоріжжя: ЗНТУ, 2011. - 52 с.

Укладачі:	А. П. Заболотний, доцент, к.т.н. Д. В. Федоша, ассистент В. С. Мамбаева, аспірант
Рецензент:	О.М.Климко, доцент, к.т.н
Відповідальний за випуск:	І.В.Авдєєв, доцент, к.т.н
	Затверджено На засіданні кафедри ЕПП Протокол № __ Від «__»_________2011

ЗМІСТ

	ТЕМА 1 ВВЕДЕННЕ В ТЕОРИЮ МОДЕЛИВАНИЯ
	ТЕМА 2 НАЧАЛО РАБОТЫ С СИСТЕМОЙ
	ТЕМА 3 ФАЙЛОВАЯ СИСТЕМА MATLAB
	ТЕМА 4. ВХОДНОЙ ЯЗЫК СИСТЕМЫ MATLAB
	ТЕМА 5. ОПЕРАТОРЫ И ФУНКЦИИ В MATLAB
	ТЕМА 6. ПОСТРОЕНИЕ ГРАФИКОВ
	ТЕМА 7. ПРОСТЕЙШИЕ ВЫЧИСЛЕНИЯ
	ТЕМА 8 АНАЛИТИЧЕСКИЕ ВЫЧИСЛЕНИЯ

Тема 1 введенне в теорию моделивания.

Цель работы: Понятие математической модели, как основного аппарата системного подхода к электротехническим проблемам. Применение пакета расширения Simulink, который входит в систему MATLAB.

Общие сведения

В учебном процессе исследование реальных электротехнических устройств зачастую невозможно. Это объясняется многими причинами. Отсутствием лабораторной и приборной базы, большой стоимостью и габаритами изучаемого электрооборудования, а иногда и опасностью работы с ним.

При научных исследованиях, прежде чем конструировать какую либо экспериментальную установку, необходимо сначала рассчитать ее параметры, проанализировать процессы, протекающие внутри нее, проверить работу отдельных элементов схемы как в номинальных так и в аварийных режимах работы и т.д.

Все эти задачи можно решить с помощью имитационного моделирования, являющегося разновидностью математического моделирования.

Математическое моделирование – это методология научной и практической деятельности, основанная на построении и использовании математических моделей объектов и процессов [1, 2].

Обычно, под математической моделью понимают совокупность математических объектов и отношений, отображающих предмет исследования. Функционирование модели – это процесс, разворачивающийся во времени [3, 4].

Однако использование модели в виде разрозненных формул или графических зависимостей не рационально. Для получения полноценной модели, необходимо объединить полученные соотношения в некую законченную структуру [5].

До недавнего времени все лабораторные исследования и работы, проверка правильности выполнения электротехнических расчетов могли быть выполнены только при экспериментальном исследовании реальных схем и устройств. Данный способ имеет ряд существенных недостатков:

- для экспериментального исследования схемы необходимо располагать соответствующим измерительным оборудованием и натурными, работающими образцами электрических машин и аппаратов управления;

- погрешности реальных измерительных приборов могут быть достаточно велики;

- для исследования схем нужно собирать их макеты из реальных элементов, что приводит к существенным материальным и временным затратам.

Моделирование электрических схем на компьютерах лишено этих недостатков:

- не требуются измерительные приборы и макеты исследуемых схем;

- погрешность исследования схем путем моделирования на компьютере можно сделать достаточно малой;

- время, затрачиваемое на компьютерное моделирование, несравненно меньше времени, расходуемого на изготовление макета и выполнения его экспериментального исследования.

К недостаткам моделирования реальных электротехнических машин и схем на компьютерах можно отнести:

- трудности учета в моделях некоторых реально существующих паразитных параметров элементов схем: внутренние сопротивления и проводимость источников; собственные индуктивности и емкости реальных резисторов; потери в катушках индуктивности и обмотках электрических машин; нелинейности вызванные наличием ферромагнитных сердечников;

- иногда трудно оценить точность моделирования.

Тем не менее, можно сказать, что моделирование электрических и электронных схем на компьютерах – это существенный прогресс в технике экспериментальных исследований. Таким образом при подготовке современных инженеров в области электротехники особое значение приобретают навыки работы с компьютером и знание ими новейших средств экспериментальных исследований.

В настоящее время существует достаточно много компьютерных программ для моделирования электрических схем. Для решения различных задач следует использовать разные пакеты программ.

В данных методических указаниях рассмотрены вопросы моделирования систем электроснабжения для которых наиболее применим пакет расширения Simulink, входящий в систему MATLAB и предназначенный для имитационного моделирования.

В состав моделей могут включаться источники сигналов различного вида, виртуальные регистрирующие приборы, графические средства анимации. Запуск имитации обеспечивает математическое моделирование построенной модели с наглядным визуальным представлением результатов. Пакет основан на построении блочных схем путем переноса блоков из библиотеки компонентов, в окно редактирования создаваемой пользователем модели. При этом возможны различные варианты моделирования: во временной области, в частотной области, с событийным управлением, и т.д.

Кроме того, Simulink автоматизирует наиболее трудоемкий этап моделирования - он составляет и решает сложные системы алгебраических и дифференциальных уравнений, описывающих заданную функциональную схему (S-модель), обеспечивая удобный и наглядный визуальный контроль за поведением созданного пользователем виртуального устройства.

Более того, Simulink практически мгновенно меняет математическое описание модели по мере ввода в неё новых блоков, даже в том случае, когда этот процесс сопровождается сменой порядка системы уравнений и ведет к существенному качественному изменению поведения системы.

Средства визуализации результатов моделирования в пакете Simulink достаточно наглядны.

Особая ценность Simulink заключается в обширной, открытой для изучения и модификации библиотеке компонентов (блоков). Она включает источники сигналов с практически любыми временными зависимостями, масштабирующие, линейные и нелинейные.

Таким образом, приложение Simulink является своего рода «виртуальной лабораторией» позволяющей собирать и исследовать работу многих видов электрических цепей и устройств.

Получаемая «виртуальная схема» позволяет проводить все этапы исследования присущие экспериментальному или опытному образцу, а именно [1, 2, 3]:

- проводить планирование модельных экспериментов;

- реализовать план эксперимента;

- производить анализ и интерпретация результатов моделирования.

Кроме того, достоинствами такого моделирования являются:

- автоматический учет всех связей и соотношений между элементами схемы;

- получение результатов моделирования в форме аналогичной результатам при испытаниях реальных схем (в виде осциллограмм, временных процессов и т.д.), что упрощает анализ и привязку результатов моделирования к реальным электротехническим устройствам;

- возможность исследования работы отдельных элементов электрической машины или схемы, которые недоступны в реальной конструкции, например, возможно отслеживать величину электромагнитного момента машины и т.д.;

- возможность исследования поведения схемы в условиях труднодостижимых на экспериментальных стендах, например, при повышенных температурах или в аварийных режимах;

- возможность исследовать электротехнические устройства и схемы в динамике, например, исследуя реакцию электродвигателя на быстрые изменения нагрузки, что на реальных установках выполнить достаточно сложно;

- возможность исследования работы схем в условиях действия различных искажающих факторов, помех;

- возможность оптимизации элементов схем с использованием встроенных в программу MATLAB средств.

Дополнительные сведения о работе в системе MATLAB можно получить в монографии «Применение системы MATLAB при изучении курса электротехники» [4].