8 Моделирование работы мехатронной системы

Среди современных прикладных пакетов математического моделирования наиболее часто используется MatLab для исследования динамики электроприводов, позволяющий получать графики, поясняющие принципы работы электромеханических систем. Широко используются временные зависимости (осциллограммы) основных координат электропривода: частоты вращения, электромагнитного момента, токов, магнитных потоков, которые позволяют качественно и количественно оценивать переходные процессы и их основные показатели качества. Однако для наиболее наглядного рассмотрения процессов, происходящих в асинхронных машинах, рекомендуется использовать не только осциллограммы переменных электрического движения, но и векторные пространственные диаграммы, наглядно иллюстрирующие основы электромеханического преобразования энергии, формирования электромагнитного момента и асинхронности. системы. С помощью векторных диаграмм можно проследить характер изменения величин, непосредственно создающих электромагнитный момент (векторов токов и магнитных токов) при различных способах управления.

Для изучения переходных свойств электроприводов большую популярность приобрело приложение MatLab Simulink. О возможностях этого приложения широко известно, существует множество работ по его использованию для моделирования динамических процессов в электротехнической сфере.

Моделирование имеет под собой следующие цели:

• Проведение научных исследований для проверки гипотез;

• Выбирать лучший вариант на разных этапах проекта;

• получать информацию о поведении исследовательской системы в интересах исследователя;

• прогнозировать поведение системы при различных внешних воздействиях и ситуациях;

• Получите математическое описание реальных изучаемых систем.

Наиболее эффективное использование моделирования при проектировании электромеханических систем. Это позволяет построить теоретические модели исследуемой системы для конкретного этапа проекта, проанализировать модель с точки зрения адаптации характеристик системы к техническим характеристикам и выбрать наиболее оптимальное решение. В то же время значительно сокращается время проектирования и сокращаются некоторые затраты на экспериментальные исследования.

С помощью моделирования в автоматической электродвигательной установке решаются следующие задачи:

а) анализ характеристик конкретной модели электропривода;

б) оптимальный синтез структуры и (или) параметров системы электропривода для обеспечения определенных выходных характеристик;

в) прогнозировать поведение системы автоматизированного привода при любых настройках или возмущающих воздействиях;

г) Определите математическое описание отдельных подсистем привода на основе данных, измеренных в эксперименте.

Исходы из вышеописанных аргументов, моделирование будет осуществляется с помощью библиотеки Simulink пакета программ Matlab.

При моделировании в MatLab Simulink воспользуемся готовым модулем асинхронной машины «Asynchronous Machine SI Units» (рисунок 14), который позволяет моделировать работу асинхронного двигателя в том числе с ротором типа «беличья клетка» (рисунки 13 – 16).

Рисунок 13 – Блок «Asynchronous Machine SI Units» в MatLab Simulink

Рисунок 14 – Электрическая схема, моделируемая блоком «Asynchronous Machine SI Units»

Рисунок 15 – Параметры модели двигателя 4A71B4Y3 в элементе «Asynchronous Machine SI Units» библиотеки Simulink

Рисунок 16 – Параметры модели двигателя 4AA56B4Y3 в элементе «Asynchronous Machine SI Units» библиотеки Simulink

Для определения мгновенного значения тока трех фаз статорной обмотки реализуется блок измерения тока. Его модель представлена на рисунке 17.

Рисунок 17 – Модель измерения суммарного мгновенного значения тока статорной обмотки