МУ по ЛР
.pdfДругой вариант применить метод варьируемых переменных для систем уравнений путем численного решения в цикле Given-Find, который состоит из нескольких этапов
1) Записываем все переменные и левые части системы уравнений:
где x1,..,xk – параметры, которые можно будут далее задавать, в том числе и в виде диапазона значений;
y1, y2, y3 – переменные относительно которых проводится решение.
2) Задаем начальные значения основных неизвестных, например: y1:=0, y2:=0, y3:=0.
3) Тело цикла численного метода Given-Find (в теле цикла применять логическое «=»):
Given
4) Результаты расчета y1, y2, y3:
(2)
Затем необходимо отобразить 2D графики зависимостей. При построении графиков необходимо несколько зависимостей отобразить на одном графике с одной или двумя осями ординат (допускается введение масштабирующих коэффициентов для получения наглядных результатов).
Предлагаемая для исследования цепь постоянного тока, содержащая активные сопротивления, включает несколько источников постоянной ЭДС. Скелет схемы представлен на рисунке 1, а варианты заданий - в таблице 1. Исследуемая цепь переменного тока подключена к источнику входного напряжения и содержит несколько R, L, C элементов. Скелет схемы представлен на рисунке 2, а варианты заданий - в таблице 2.
Расчет и анализ работы электрических цепей постоянного и переменного тока базируется на законах Кирхгофа и Ома и различных методах
21
основанных на их основе. Для выполнения работы необходимо ознакомиться с методами расчета линейных электрических цепей.
На завершающем этапе каждого пункта содержания работы опирается на программу Multisim. Программа Multisim позволяет выполнять широкий перечень исследований на базе электрических и электронных схем с возможностью управления параметрами отдельных элементов [2]. В Multisim необходимо проверить минимум по одной точке каждого графика, построенного в системе MathCAD (особое внимание уделить экстремумам).
Описание лабораторной установки
Лабораторная установка состоит из персонального компьютера на базе операционной системы MS Windows с установленными пакетами про-
грамм Mathcad PTC, Multisim NI.
Порядок выполнения работы
1. Исследование режимов работы электрических цепей постоянного тока при помощи пакета MathCAD и верификация в Multisim.
1.1.Подготовить схему по варианту из таблицы 1 (вариант задает преподаватель) для расчета любым рациональным методом, применяемым для линейных электрических цепей постоянного тока на основе любой системы машинной графики.
1.2.Ознакомиться с основами работы в программе Mathcad. Обратить особое внимание на методику варьируемых переменных для отдельных уравнений и систем уравнений, аналитическое (символьное) получение результатов, а также работу с 2D-графиками.
1.3.Применить аналитическое решение системы уравнений по выбранному методу в цикле Given-Find и получить выражения основных переменных через варьируемые параметры (1). За варьируемые параметры принять все сопротивления и ЭДС, а за искомые переменные – все токи.
1.4.Записать выражения мощностей на всех сопротивлениях и источниках через полученные в предидущем пункте выражения токов.
1.5.Построить графики зависимостей токов и мощностей от каждого из варьируемых параметров. Сделать выводы (особое внимание уделить наличию экстремумов).
1.6.Ознакомится с составом, описанием и свойствами элементов программы Multisim.
1.7.Составить схему, соответствующую варианту задания, предусмотрев установку амперметров и ваттметров в каждой ветви.
1.8.Включить цепь и зафиксировать показания приборов. Сделать выводы по соответствию результатов экспериментов, полученных в
22
MathCAD и в Multisim.
2.Исследование режимов работы электрических цепей переменного тока при помощи пакета MathCAD и верификация в Multisim.
2.1.Подготовить схему по варианту из таблицы 2 (вариант задает преподаватель) для расчета любым рациональным методом, применяемым для линейных электрических цепей переменного тока на основе любой системы машинной графики. Дополнительно включить на входе схемы ваттметр и амперметр.
2.2.Ознакомиться с основами работы в программе Mathcad. Обратить особое внимание на методику варьируемых переменных для систем уравнений, численное получение результатов на базе цикла GivenFind, а также работу с 2D-графиками.
2.3.Применить численное решение системы уравнений по выбранному методу в цикле Given-Find и получить выражения основных переменных через варьируемые параметры (2). За варьируемые параметры принять все R, L, C и ω, а за искомые переменные – все токи.
2.4.Записать выражения активной, реактивной, полной мощностей
ифазового сдвига на входе цепи через полученные в предидущем пункте выражения токов.
2.5.Построить графики зависимостей токов мощностей и фазы от каждого из варьируемых параметров. Сделать выводы (особое внимание уделить наличию экстремумов и режиму (характеру) цепи).
2.6.Ознакомится с составом, описанием и свойствами элементов программы Multisim.
2.7.Составить схему, соответствующую варианту задания, предусмотрев установку амперметров и ваттметров в каждой ветви.
2.8.Включить цепь и зафиксировать показания приборов. Сделать выводы по соответствию результатов экспериментов, полученных в
MathCAD и в Multisim.
Содержание отчета
1.Титульный лист
2.Цель и содержание работы.
3.Исходные данные для выполнения п.1 содержания работы в соответствии с вариантом. Подробное описание результатов.
4.Исходные данные для выполнения п.2 содержания работы в соответствии с вариантом. Подробное описание результатов.
5.Подробные выводы по каждому пункту содержания работы.
Контрольные вопросы
1. Цель, содержание и порядок выполнения работы.
23
2.Спецификации примененного оборудования.
3.Общая характеристика использованного общего и специального программного обеспечения.
4.Что задает параметр ORIGIN в программе Mathcad?
5.Что задает параметр TOL в программе Mathcad?
6.Что задает параметр CTOL в программе Mathcad?
7.Что задает параметр PRNPRECISION в программе Mathcad?
8.В каких случаях используются «=», «═», «≡», «:=» в программе
Mathcad?
9.Общая характеристика типов зависимых источников программы
Multisim.
10.Общая характеристика типов полупроводниковых элементов про-
граммы Multisim.
Общие требования к оформлению отчетов
1.Отчет по лабораторной работе должен содержать: титульный лист, цель задания, содержание задания, исходные данные, подробное описание выполнения всех пунктов задания, выводы по результатам выполнения каждого подпункта и итоговые выводы по результатам выполнения задания.
2.При оформлении отчета использовать следующее форматирование:
оформление отчета в соответствии с требованиями ЕСКД;
размеры элементов схем по ГОСТ;
шрифт "Times new roman";
размер шрифта 12-14 пт;
междустрочный интервал 1-1,5;
толщина всех линий на чертежах 1 пт;
формулы: обычный – 13 пт, крупный индекс – 9 пт, крупный символ – 20 пт.
для вставки в отчет листингов из других программ предварительно преобразовывать их в графические *.jpeg объекты, например, через PAINT.
3. Отчет по результатам выполнения лабораторной работы оформляется на листах А4 на бумажном и электронном носителях.
24
Список литературы
1.Онстотт, С. AutoCAD 2013 и AutoCAD LT 2013. Официальный курс [Электронный ресурс]: Учебное пособие. – М.: ДМК Пресс, 2013. – 396 с. Режим доступа: http://e.lanbook.com/books/element.php?pl1_id=39999.
2.Моделирование в электроэнергетике [Электронный ресурс]: учебное пособие / А. Ф. Шаталов, И. Н. Воротников, М. А. Мастепаненко и др. – Ставрополь: АГРУС, 2014. – 140 с. Режим доступа: http://znanium.com/bookread2.php?book=514263.
25