Министерство образования и науки Российской Федерации
ФГБОУ ВО «Кубанский государственный технологический университет»
Кафедра электроснабжения промышленных предприятий
Изучение вычислительных и графических возможностей пакета моделирования «Simulink» программы «MatLab»
Отчет
по лабораторной работе №6
по курсу «Прикладные вычисления в электроэнергетике»
для студентов всех форм обучения направления
13.03.02 – «Электроэнергетика и электротехника»
Выполнил:
студент 2 курса
группы 14-НБ-ЭЭ1
Алексеенко И.А.
Проверил:
Ищенко А.И.
Краснодар 2016г.
1 Цель и программа работы
6.1.1 Целью работы является изучение вычислительных и графических возможностей пакета моделирования динамических режимов «Simulink», входящего в состав программы «MatLab», при проведении электротехнических расчетов.
6.1.2 В программу работы входит:
а) составление модели из компонентов библиотеки Simulink, состоящую из трех параллельно работающих разнохарактерных источников сигналов;
б) составление модели из компонентов библиотеки Simulink, состоящую из трех последовательно соединенных блоков;
в) составление модели из компонентов библиотеки Simulink и дополнения Power System Blockset для заданной схемы линейных цепей переменного тока;
г) запуск созданных моделей и обработка результатов моделирования;
д) форматирование осей полученных диаграмм выходных сигналов;
е) оформление отчета.
2 Краткая характеристика персональной эвм
Характеристика и принципы работы персональной ЭВМ изложены в [1].
3 Указания мер безопасности
6.3.1 ПЭВМ должна быть надежно заземлена.
6.3.2 Запрещается эксплуатация ПЭВМ при открытой крышке корпуса, а также при неисправности сетевой вилки и шнура питания.
6.3.3 Запрещается отключение ПЭВМ выдергиванием вилки из розетки за шнур.
4 Методические указания к выполнению работы
4.1 Вариант задания студенту выдает преподаватель, ведущий занятия. Студент должен иметь при себе личный диск.
4.2 Согласно выданному варианту, студент готовит протокол работы с ПЭВМ. При правильном его составлении он допускается к работе на ПЭВМ.
4.3 После включения ПЭВМ при первом посещении занятий с помощью преподавателя форматируется личный диск студента, после чего студент работает с ПЭВМ и данным диском, выполняя индивидуальное задание.
4.4 По завершению выполнения индивидуального задания показать результаты работы преподавателю, после чего извлечь диск и передать его преподавателю, выключить питание ПЭВМ.
4.5 Во избежание внесения вируса в программное обеспечение ПЭВМ К А Т Е Г О Р И Ч Е С К И З А П Р Е Щ А Е Т С Я внесение и использование в дисплейном классе посторонних дисков без разрешения преподавателя. Студенты, виновные в порче программного обеспечения, будут отстранены от занятий до возмещения материального ущерба университету. С этой же целью личные диски студентов в течение всего периода лабораторных работ хранятся у преподавателя, ведущего занятия, и выдаются студентам на лабораторных занятиях. По завершении лабораторных работ диски с результатами лабораторных работ сдаются на кафедру, где хранятся в течение 3-х лет.
5 Задание к лабораторной работе №6
5.1 С помощью пакета Simulink создать модель, содержащую виртуальный осциллограф (Scope) c тремя входами и три подключенных к нему блока из следующих пяти по вариантам:
а) блок прямоугольных импульсов (Pulse Generator);
б) блок нарастающего воздействия (Ramp);
в) блок пилообразного сигнала (Repeating Sequence);
г) блок синусоидального воздействия (Sine Wave);
д) блок одиночного перепада сигнала (Step).
Выбор трех блоков по вариантам производится в соответствии с таблицей 6.1
Таблица 6.1 – Блоки, входящие в модель по вариантам
|
Последняя цифра зачетной книжки |
0 |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
|
блок «а» |
+ |
+ |
+ |
+ |
+ |
+ |
– |
– |
– |
– |
|
блок «б» |
+ |
+ |
+ |
– |
– |
– |
+ |
+ |
+ |
– |
|
блок «в» |
+ |
– |
– |
+ |
+ |
– |
+ |
– |
+ |
+ |
|
блок «г» |
– |
+ |
– |
+ |
– |
+ |
+ |
+ |
– |
+ |
|
блок «д» |
– |
– |
+ |
– |
+ |
+ |
– |
+ |
+ |
+ |
Блоки сигналов выбрать из библиотеки Simulink в разделе Sources, а виртуальный осциллограф – в разделе Sinks. Для установки числа входов осциллографа необходимо дважды щелкнуть на его изображении и в появившемся окне вызвать окно параметров кнопкой Parameters. На вкладке General этого окна в поле Number of axes ввести значение, равное трем.
Окно параметров любого блока сигналов вызывается двойным щелчком мыши на его изображении. Установить для выбранных блоков следующие значения по вариантам:
Блок «а» - период равен a x 0,001, амплитуда равна b.
Блок «б» - коэффициент k равен a x 100.
Блок «в» - период равен a x 0,001, амплитуда равна b.
Блок «г» - частота равна 314 рад/сек, амплитуда равна b.
Блок «д» - время наступления перепада равно a x 0,001, начальное значение равно нулю, конечное равно b.
Здесь a – предпоследняя цифра зачетной книжки, b – последняя цифра зачетной книжки.
Запустить модель на выполнение. Перед запуском с помощью меню Simulation и команды Simulation Parameters установить в одноименном диалоговом окне конечное время процесса моделирования 0,02 с и максимальный размер шага 0,0001. Эти же параметры использовать и для последующих моделей. По завершении моделирования вызвать окно с осциллограммами и установить для каждого графика рациональный масштаб по оси Y, используя команду Axes properties из контекстного меню вызываемого правой кнопкой мыши. Сохранить сделанные установки, а затем сохранить модель в каталоге результатов диске.
5.2 Создать модель, состоящую из трех блоков: блок синусоидального воздействия дифференцирующий блок блок ограничения. Дифференцирующий блок (Derivative) выбрать в библиотеке Simulink в разделе Continuous, а блок ограничения (Saturation) – в разделе Nonlinear. Для блока синусоидального воздействия установить те же параметры, что и в предыдущей модели. К выходу каждого блока подключить осциллограф. Для блока ограничения верхний и нижний пределы установить равными половине амплитудных сигнала на выходе дифференцирующего блока. По завершении процесса моделирования скорректировать масштабы по оси Y каждого графика, как и в предыдущей модели, после чего сохранить сделанные установки. Сохранить модель в каталоге результатов диска.
5.3 С помощью пакета Simulink и его дополнения Power System Blockset создать модель следующей схемы с ветвями по вариантам (рисунок 6.1):
Рисунок 6.1 – Исходная электрическая схема
Номера ветвей, входящих в схему, приведены по вариантам в таблице 6.2.
Таблица 6.2 – Номера ветвей, входящих в электрическую схему по вариантам
|
Последняя цифра зачетной книжки |
0 |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
|
Номера ветвей, входящих в схему |
1, 2 |
1, 3 |
1, 4 |
1, 5 |
2, 3 |
2, 4 |
2, 5 |
3, 4 |
3,5 |
4, 5 |
Величины параметров по вариантам приведены в таблице 6.3.
Таблица 6.3 – Значения параметров электрической схемы по вариантам
|
Обозначение |
Предпоследняя цифра зачетной книжки |
|||||||||
|
параметра |
0 |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
|
E, В |
20 |
30 |
45 |
19 |
24 |
62 |
58 |
74 |
51 |
37 |
|
R1, Ом |
3 |
5 |
7 |
6 |
9 |
8 |
1 |
12 |
4 |
11 |
|
R2, Ом |
4 |
6 |
5 |
9 |
8 |
1 |
13 |
15 |
3 |
7 |
|
R3, Ом |
3 |
5 |
4 |
1 |
6 |
9 |
8 |
7 |
11 |
12 |
|
R4, Ом |
3 |
6 |
9 |
8 |
1 |
4 |
5 |
2 |
7 |
10 |
|
L1, мГн |
132 |
56 |
154 |
208 |
233 |
315 |
111 |
88 |
92 |
107 |
|
L2, мГн |
67 |
54 |
96 |
44 |
121 |
34 |
45 |
67 |
22 |
59 |
|
L3, мГн |
333 |
145 |
274 |
321 |
259 |
222 |
196 |
133 |
205 |
233 |
|
L4, мГн |
104 |
87 |
45 |
56 |
71 |
99 |
104 |
122 |
49 |
43 |
|
C1, мкФ |
567 |
876 |
911 |
456 |
891 |
784 |
654 |
391 |
321 |
679 |
|
C2, мкФ |
774 |
912 |
365 |
892 |
903 |
403 |
607 |
305 |
629 |
791 |
При составлении модели источник ЭДС (AC Voltage Source) выбрать в библиотеке Power System Blockset в разделе Electrical Sources, для него установить частоту 50 Гц и фазу, равную нулю. Для моделирования остальных ветвей использовать RLC-блоки из раздела Elements. Обозначения элементов на схеме модели выполнить такими же, как и в электрической схеме. Предусмотреть снятие осциллограмм токов отдельных ветвей, суммарного тока и напряжения на любом элементе. Для этого в соответствующие точки схемы включить измерительные блоки Current Measuremets и Voltage Measuremets из раздела Measuremets библиотеки Power System Blockset. На выходы этих блоков подключить виртуальные осциллографы. Кроме того, для измерения амплитудного и действующего значений этих же токов и напряжения в поле модели поместить блок powergui из корневого каталога библиотеки Power System Blockset. Запустить модель на выполнение, после чего скорректировать масштабы по оси Y каждого графика, как и в предыдущей модели, затем сохранить сделанные установки. Сохранить модель в каталоге результатов диска. Открыть блок powergui, снять показания амплитудных и действующих значений параметров, которые привести в отчете.