Моделирование ЭМС Выкса 2015

Введение

Математическое моделирование является общепризнанным инструментом познания и изменения материального мира: от исследования строения ядерных частиц до представления космических систем и планирования характера протекания социально-экономических явлений. В технике моделирование позволяет представить характеристики и поведение объектов путём воспроизведения их реальных физических параметров, неизменных или меняющихся во времени. Основной целью является выработка и обоснование технических решений по обеспечению требуемых свойств и поведения объектов.

Элементы и системы автоматизированного электропривода являются многомерными объектами, представляемыми в пространстве и во времени. Их структура, параметры и особенности поведения изучаются в общетехнических и специальных курсах, таких как теоретические основы электротехники, теория автоматического управления, электрические аппараты, теория электропривода и т.п. Цель настоящего учебного пособия состоит в изложении основных теоретических и практических положений математического моделирования этих объектов, применяемого при их исследовании и разработке.

В первой главе приводятся общие сведения по математическому моделированию, даются основные определения и классификация. Предлагается представление предметной области моделирования автоматизированного электропривода как совокупности горизонтальных уровней детализации объектов и вертикальных уровней решаемых задач.

Во второй главе рассматриваются математические модели типичных элементов и узлов силовой части и системы управления, а также получение расчётных схем для отображения с помощью обыкновенных дифференциальных уравнений электромагнитных процессов в машинах переменного тока и трансформаторных элементах, нагрева полупроводниковых элементов, функционирования электронных схем.

Третья глава даёт детальное, доведённое до уровня практической реализации, описание цифровых моделей силовой части преобразовательных устройств на основе поинтервального воспроизведения процессов переключений вентилей. Предлагается алгоритм отображения сложных переключений ключевых элементов на основе применения различных схем замещения.

В четвёртой главе рассматриваются вопросы отображения процессов элементов и систем управления электроприводами. Моделирование аналоговых систем регулирования осуществляется на основе замещения функциональных блоков звеньями однонаправленного действия и составления схемы из таких звеньев в соответствии с функционально-структурной схемой электропривода. Воспроизведение процессов управления производится совместно с процессами в силовой схеме. Кратко описываются особенности моделирования микропроцессоров и логических устройств, иллюстрируемые характерными примерами, связанными с применением современных микроконтроллеров и интеллектуальных реле.

В пятой главе решаются вопросы получения структур дифференциальных уравнений, описывающих переходные процессы в электроприводах при функционировании элементов, различающихся физической природой и математическим представлением. Предлагается приём разделения больших схем резисторами связи на части с целью упрощения процедур формирования систем уравнений.

В шестой главе приводится ряд примеров анализа схем автоматизированных электроприводов. Различные цели исследования рассматриваемых объектов подчёркивают разнообразие задач и широту предметной области моделирования объектов автоматизированного электропривода.

При написании учебного пособия использовался опыт автора по преподаванию курсов «Моделирование электромеханических систем», «Автоматизированные банки данных и банки знаний», «Основы теории надёжности систем электроприводов», «Автоматизированный электропривод типовых производственных механизмов», а также опыт преподавателей кафедры «Электропривод и автоматизация промышленных установок» Нижегородского государственного технического университета им. Р.Е. Алексеева по чтению курсов, связанных с автоматизированным электроприводом.