Тольяттинский государственный университет Кафедра промышленной электроники
МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ к выполнению курсовой работы
По дисциплине «Математические методы анализа и расчет электронных схем на ЭВМ»
Для студентов специальности 21 01 06 – «Промышленная электроника»
очной, очно-заочной и заочной форм обучения
Тольятти 2006
|
2. |
СОДЕРЖАНИЕ |
|
Введение....................................................................................................................... |
3 |
1. Математическое моделирование........................................................................... |
5 |
1.1. Описание объекта исследования .................................................................... |
8 |
1.2. Математическая модель электромагнитного демпфера............................. |
10 |
1.3. Моделирование динамических процессов................................................... |
17 |
2. Программирование................................................................................................ |
24 |
2.1. Составление блок-схемы алгоритма программы........................................ |
24 |
2.2. Коррекция точек стыковки............................................................................ |
29 |
2.3. Численное интегрирование........................................................................... |
39 |
Листинг программы.......................................................................................... |
45 |
Результат работы программы........................................................................... |
47 |
2.4 Определение времени переходного процесса.............................................. |
48 |
2.5 Гармонический анализ сигналов................................................................... |
49 |
3. Оформление результатов работы ........................................................................ |
51 |
Библиографический список...................................................................................... |
53 |
© А. Кудинов, 2006, ТГУ, каф.ПЭ
3.
ВВЕДЕНИЕ
Математическое моделирование на ЭВМ устройств промышленной электроники проводится как альтернатива физическому моделированию с целью уменьшения производственных затрат, либо с целью оптимизации параметров разработанных схем. Задача оптимизации параметров, как правило, отличается большой сложностью и требует для своего решения значительных затрат машинного времени. Поэтому эффективность разрабатываемых программ имеет существенное значение и определяется выбором математической модели устройства, а также методов её анализа и оптимизации.
Настоящая курсовая работа ориентирована на моделирование вентильных устройств (ВУ) промышленной электроники (управляемых выпрямителей, автономных инверторов, схем питания импульсных потребителей мощности), как наиболее сложных динамических систем с переменными во времени параметрами и структурой.
Математическая модель ВУ включает в себя параметры элементов схемы, их технические характеристики (максимально допустимые токи и напряжения, минимально допустимое время выключения тиристоров и т.д.) и математическое описание закона регулирования вентильного переключающего устройства. Специфика математической модели ВУ обуславливается наличием силовых полупроводниковых элементов (вентилей), работающих в ключевых режимах.
Основы теории электрических цепей с вентильными элементами заложены в начале XX в. в работах Папалекси, Андронова, Мандельштама и значительно развиты российскими и зарубежными учеными. Среди разнообразия предложенных методов построения и анализа математических моделей ВУ наибольшее распространение получили методы припасовывания, разностных уравнений, импульсных систем, эквивалентных источников, основной гармоники, гармонической линеаризации, переключающих функций. Идея построения каждого из данных методов заключена в способе математического описа-
© А. Кудинов, 2006, ТГУ, каф.ПЭ
4.
ния силового блока ВУ, которое в общем случае представляет собой систему нелинейных интегрально-дифференциальных и алгебраических уравнений. Специфика решения данной системы уравнений определяется тем, что её структура априори неизвестна, поскольку моменты переключения вентилей и соответственно этому вновь образуемые контуры электрической схемы ВУ возникают последовательно во времени (шаг за шагом) и зависят от начальных условий. Даже при общепринятых допущениях кусочно-линейной аппроксимации характеристик вентильных элементов и пренебрежении активными сопротивлениями накопителей, собственными и взаимными паразитными связями между ними это приводит к необходимости многократного интегрирования с заданной точностью системы исходных уравнений достаточно высокого порядка. Другая специфическая особенность данных уравнений состоит в том, что они связаны между собой многомерными векторами, характеризующими структуру исследуемого объекта. Вид операторов связи для большинства схем тиристорных устройств настолько сложен, что поддаётся анализу только численными методами. Применение ЭВМ при разработке и исследовании ВУ значительно сокращает сроки и повышает качество проектирования.
[Содержание]
© А. Кудинов, 2006, ТГУ, каф.ПЭ